Диаграмма давление-объем (или диаграмма PV , или петля объем-давление ) [1] используется для описания соответствующих изменений объема и давления в системе. Они обычно используются в термодинамике , сердечно-сосудистой физиологии и респираторной физиологии .
Диаграммы фотоэлектрических характеристик, первоначально называвшиеся индикаторными диаграммами , были разработаны в XVIII веке как инструменты для понимания эффективности паровых двигателей .
Диаграмма PV отображает изменение давления P относительно объема V для некоторого процесса или процессов. Обычно в термодинамике набор процессов образует цикл , так что по завершении цикла не происходит никакого чистого изменения состояния системы; т. е. устройство возвращается к исходному давлению и объему. [ необходима цитата ]
На рисунке показаны особенности идеализированной диаграммы PV. Она показывает ряд 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 качестве работы, может быть измерено, поскольку чистая работа представлена площадью, заключенной между четырьмя линиями. На рисунке процессы 1-2-3 производят выходную работу, но процессы из 3-4-1 требуют меньшего количества энергии для возврата в исходное положение/состояние; поэтому чистая работа представляет собой разницу между ними. Эта диаграмма 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. [ необходима ссылка ] (§ Приложения).
Диаграмма PV, тогда называемая индикаторной диаграммой, была разработана в 1796 году Джеймсом Уаттом и его сотрудником Джоном Саузерном . [2] Объем отслеживался пластиной, движущейся вместе с поршнем, в то время как давление отслеживалось манометром , индикатор которого двигался под прямым углом к поршню. Для рисования диаграммы использовался карандаш . [ необходима цитата ] Уатт использовал диаграмму для радикального улучшения производительности парового двигателя.
[3] В частности, диаграмма регистрирует давление пара в зависимости от объема пара в цилиндре на протяжении цикла движения поршня в паровой машине. Диаграмма позволяет рассчитать выполненную работу и, таким образом, может обеспечить измерение мощности, вырабатываемой двигателем. [4]
Чтобы точно рассчитать работу, проделанную системой, необходимо вычислить интеграл давления по объему. Часто это можно быстро рассчитать с помощью диаграммы PV, поскольку это просто площадь, заключенная в цикле. [ необходима цитата ]
Обратите внимание, что в некоторых случаях на оси x будет отложен удельный объем вместо объема, в этом случае площадь под кривой представляет работу на единицу массы рабочей жидкости (т.е. Дж/кг). [ необходима ссылка ]
В сердечно-сосудистой физиологии диаграмма часто применяется к левому желудочку , и ее можно сопоставить с определенными событиями сердечного цикла . Исследования петли PV широко используются в фундаментальных исследованиях и доклинических испытаниях для характеристики работы неповрежденного сердца в различных ситуациях (воздействие лекарств, болезни, характеристика штаммов мышей ) [ необходима ссылка ]
Последовательность событий, происходящих в каждом сердечном цикле, выглядит следующим образом. На левом рисунке показана петля PV из реального эксперимента; буквы обозначают точки.
.svg/1280px-Diagram_of_the_human_heart_(cropped).svg.png)
Как можно заметить, контур фотоэлектрических систем имеет приблизительно прямоугольную форму, а каждый контур сформирован в направлении против часовой стрелки.
Очень полезную информацию можно получить путем изучения и анализа отдельных петель или серий петель, например:
Для более точного представления смотрите внешние ссылки.
