6. Понятие об энтальпии

В термодинамике важную роль играет сумма внутренней энергии системы U и произведения давления системы р на её объем V, называемая энтальпией и обозначается Н.

Н=U+pV,

Т.к. входящие в нее величины являются функциями состояния, то и сама энтальпия является функцией состояния, также как и внутренняя энергия, работа и теплота она измеряется в Дж.

Удельная энтальпия h=H/M представляет собой энтальпию системы, содержащей 1 кг вещества, и измеряется в Дж/кг. Изменение энтальпии в любом процессе определяется только начальным и конечным состояниями тела и не зависит от характер процесса.

Физический смысл энтальпии выясним на примере:

Рассмотрим расширенную систему, включающую газ в цилиндре и поршень с грузом, общим весом G. Энергия этой системы складывается из внутренней энергии газа и потенциальной энергии поршня с грузом.

E=U+Gy;

В условиях равновесия G=pF эту функцию можно выразить через параметры газа:

E=U+p∙F_У;

Получаем, что ЕН, т.е. энтальпию можно трактовать как энергию расширенной системы. Если давление системы сохраняется независимым, т.е. осуществляется изобарный процесс dp=0, то q_P = h₂ - h₁, т.е. теплота, подведенная к системе при постоянном давлении, идет только на измерение энтальпии данной системы. Это выражение очень часто используется в расчетах, так как огромное количество процессов подводов теплоты в термодинамике (в паровых котлах, камерах сгорания газовых турбин и реактивных двигателей, теплообменных аппаратах) осуществляется при постоянном давлении. При расчетах практический интерес представляет изменение энтальпии в конечном процессе:

;

7. Изохорный процесс и его изображение

Выполняется условие: dV=0 V=const.

Из уравнения состояния идеального газа следует, чтоP/T = R/V = const, т.е. давление газ прямопропорционально его абсолютной температуре p₂/p₁ = T₂/T₁

Работа, расширенная в этом процессе равна 0.

Количество теплоты ;

Изменение энтропии в изохорном процессе определяется по формуле:

; т.е.

Зависимость энтропии от температуры на изохоре при Сv = const имеет логарифмический характер изменения.

8. Изобарный процесс

p=const из уравнения состояния идеального газа при p=const, находим V/T=R/p=const V2/V1=T2/T1, т.е. в изобарном процессе объем газа пропорционален его абсолютной температуре

Количество теплоты находим из формулы:

;

Изменение энтропии при Сp=const:

, т.е.

температурная зависимость энтропии при изобарном процессе тоже имеет логарифмических характер, но поскольку Ср  Сv, то изобара в TS- диаграмме идет более полого, чем в изохоре.

9. Изотермический процесс

При изотермическом процессе: pV=RT=const p₂/p₁=V₁/V₂, т.е. давление объем обратно пропорциональны друг другу, так что при изотермическом сжатие давление газа возрастает, а при расширении падает (закон Бойля-Мариотта)

Работа процесса: l = R ∙ T ∙ ln (p₁ /p₂)

Так как температура не меняется, то внутренняя энергия идеального газа в данном процессе остается постоянной: U=0 и вся подводимая к газу теплота полностью превращается в работу расширения q=l.

При изотермическом сжатии от газа отводится теплота в количестве равном затраченной на сжатии работе.

Изменение энтропии: S2 - S1 = R ∙ ln (V2 / V1)