Диаграмма давление-объем (или диаграмма PV , или петля объем-давление ) [1] используется для описания соответствующих изменений объема и давления в системе. Они широко используются в термодинамике , сердечно-сосудистой физиологии и физиологии дыхания .
PV-диаграммы, первоначально называвшиеся индикаторными диаграммами , были разработаны в 18 веке как инструменты для понимания эффективности паровых двигателей .
Диаграмма PV отображает изменение давления P по отношению к объему V для некоторого процесса или процессов. Обычно в термодинамике набор процессов образует цикл , так что по завершении цикла не происходит общего изменения состояния системы; т.е. устройство возвращается к исходному давлению и объему. [ нужна цитата ]
На рисунке показаны особенности идеализированной фотоэлектрической диаграммы. Он показывает серию пронумерованных состояний (от 1 до 4). Путь между каждым состоянием состоит из некоторого процесса (от A до D), который изменяет давление или объем системы (или и то, и другое).
Ключевой особенностью диаграммы является то, что количество энергии, затраченной или полученной системой в виде работы , можно измерить, поскольку чистая работа представлена площадью, ограниченной четырьмя линиями. На рисунке процессы 1-2-3 производят работу, но процессы 3-4-1 требуют меньших затрат энергии для возврата в исходное положение/состояние; таким образом, чистая работа — это разница между ними. Эта фигура сильно идеализирована, поскольку все линии прямые, а углы прямые. Диаграмма, показывающая изменения давления и объема в реальном устройстве, покажет более сложную форму, охватывающую рабочий цикл. [ нужна ссылка ] (§ Приложения).
PV-диаграмма, названная тогда индикаторной диаграммой, была разработана в 1796 году Джеймсом Уоттом и его сотрудником Джоном Сазерном . [2] Объем измерялся с помощью пластины, движущейся вместе с поршнем, а давление измерялось манометром, индикатор которого перемещался под прямым углом к поршню. Для рисования схемы использовался карандаш . [ нужна цитация ] Ватт использовал диаграмму, чтобы радикально улучшить производительность парового двигателя.
[3] В частности, на диаграмме показано зависимость давления пара от объема пара в цилиндре на протяжении всего цикла движения поршня в паровом двигателе . Диаграмма позволяет рассчитать выполненную работу и, таким образом, измерить мощность, производимую двигателем. [4]
Для точного расчета работы, совершаемой системой, необходимо вычислить интеграл давления по объему. Часто это можно быстро рассчитать, используя диаграмму PV, поскольку это просто площадь, заключенная в цикле. [ нужна цитата ]
Обратите внимание, что в некоторых случаях на оси X вместо объема будет отображаться удельный объем , и в этом случае площадь под кривой представляет собой работу на единицу массы рабочей жидкости (т. е. Дж/кг). [ нужна цитата ]
В сердечно-сосудистой физиологии диаграмма часто применяется к левому желудочку , и ее можно сопоставить с конкретными событиями сердечного цикла . Исследования петли PV широко используются в фундаментальных исследованиях и доклинических испытаниях для характеристики работы интактного сердца в различных ситуациях ( воздействие лекарств, заболевания, характеристика линий мышей )
Последовательность событий, происходящих в каждом сердечном цикле, следующая. На левом рисунке показан фотоэлектрический контур из реального эксперимента; буквы относятся к баллам.
.svg/1280px-Diagram_of_the_human_heart_(cropped).svg.png)
Как можно видеть, PV-петля имеет примерно прямоугольную форму, и каждая петля формируется в направлении против часовой стрелки.
Очень полезную информацию можно получить при рассмотрении и анализе отдельных петель или серий петель, например:
См. внешние ссылки для более точного представления.
