§13 Повна енергія робочого тіла або ентальпія (стор. 47-49)

Розглянемо рівняння стану для 1 кг газу.

(6)

; ;

; ;

,Дж/кг.

– повна енергія робочого тіла або ентальпія. Це рівняння для m кг:

H=U+pV

Також, як і внутрішня енергія, ентальпія є функція тільки температури.

Перетворення--conversion

Лекція 4. .

§14 Вільна та зв’язана енергія. Поняття ентропії (стор. 50-54)

Ще в 1875 році німецький вчений Ге-мгольц запропонував гіпотезу, в якій сказа-но, що внутрішня енергія U складається з двох частин:

U=F+TS (1)

F – вільна енергія, Дж.

TS – зв’язана енергія, Дж.

T- абсолютна температура, К.

S – ентропія,.Дж/К,

s – питома ентропія, .

Поняття ентропія було введено ще в 1865 році німецьким вченим Клаузіусом, який сказав, що існує функція відношення елементарної кількості теплоти δQ до абсолютної температури T, яку він позначив dS і назвав S-ентропія.

, Дж/К,

, .

Це кількісна залежність, вона не має фізичного змісту.

Вільна енергія – це частина внутрішньої енергії, яка під впливом теплоти переходить у зв’язану енергію, і під час цього виконується робота.

Зв’язана енергія – це частина внутріш-ньої енергії, на яку не впливає теплота і яка під впливом теплоти не підлягає ніяким змінам.

Фізичний зміст ентропії:

Це є частина внутрішньої енергії робо-чого тіла, яка припадає на 1К його темпе-ратури і яка під впливом теплоти не пере-творюється в роботу.

Ентропія вказує на роботоздатність робочого тіла: чим більше ентропія тим менша роботоздатність робочого тіла.

H – повна енергія, ентальпія.

H=U+pV

H=F+TS+pV

F+pV=G

G – вільна ентальпія.

H=G+TS (2)

h=g+Ts ,

U – внутрішня енергія.

pV – потенціальна енергія тиску.

Енергетична модель робочого тіла

Окремі частини енергії робочого тіла взаємопов’язані. Термодинамічний стан робочого тіла змінюється під час зміни хоча б однієї з цих величин.

15. Термодинамічний процес. Оборотний і необоротний термодинамічні процеси (стор. 54-59)

Термодинамічний процес – це сукупність змін термодинамічного стану системи. Термодинамічний процес, в якому всі проміжні стани є рівноважні, називається рівноважним. Тобто, якщо візьмемо плоску систему координат, то термодинамічний процес буде відображений так:

Процес, в якому хоча б один з термоди-намічних станів є нерівноважним, назива-ється нерівноважним.

Процес, при якому іде розширення ро-бочого тіла зі збільшенням його об’єму, на-зивається процесом розширення або пря-мим процесом.

Процес, в якому протікає стиснення ро-бочого тіла, називається процесом стисне-ння або зворотнім процесом.

Нехай кулька рухається по впуклій по-верхні. Якщо нема тертя, то вона підніме-ться на ту ж висоту, з якої почала свій рух. Якщо є тертя, то частину енергії кулька втратить на те, щоб подолати сили тертя. Поступово її рух затихне. Оборотним на-зивається процес, в якому робоче тіло про-ходить в прямому і зворотному напрямках через одні і ті ж самі проміжні стани, і після цього повертається в початковий стан без витрати на то енергії ззовні. Необоротним називають процес, в якому робоче тіло після завершення зворотного процесу не може повернутись в початковий стан без витрати енергії ззовні. Для протікання оборотного процесу необхідно виконати такі умови:

1. процес повинен бути рівноважним;

2. нескінченно повільне протікання процесу;

3. відсутність втрат енергії на подо-лання тертя;

4. відсутність хімічних процесів, вна-слідок яких утворюються речовини з новими властивостями.

Таким чином, під час протікання необоротного процесу умовою є наявність тертя і витрата енергії на подолання дисипативних сил. Дисипативними силами називають сили, що направлені в протилежний бік у порівнянні з напрямом руху тіла і на подолання яких витрачається енергія (енергія дисипації). 16 . Грфічний метод дослідження.

Під час вивчення термодинамічних процесів широко використовується графіч-ний метод дослідження термодинамічних процесів. Для цього використовують дві си-стеми координат:

• рv

р – абсолютний тиск;

v – питомий об’єм.

рv-діаграма

Особливістю цієї системи координат є те, що елементарна площа площадки є рdv, тому:

Площа, обмежена кривою процесу, кра-йніми ординатами і віссю абсцис, являє собою в деякому масштабі роботу цього процесу.

• Ts

T – абсолютна температура;

s – питома ентропія.

Ts-діаграма

- кількісна залежність.

У системі координат (T,s) площа,яка обмежена кривою процесу, крайніми ординатами і віссю абсцис в деякому масштабі являє собою теплоту процесу.

Недоліком цих дігарам є те, що проводиться аналіз зміни в процесі тільки двох параметрві термодинамічного стану: p, v або Т, s. Термодинамічний стан характеризують 6 параметрів стану і невідомо як у процесі змінюються одночасно всі інші параметри. Тому невідомо, як змінюється загальний взаємозв’язок між параметрами стану.

Шість парметрів стану можна записати таким чином

pv=TR; u=Tc_v; h=Tc_p;Ts=b

Абсолютна температура Т входить до складу всіх параметрів стану і є загальною координатою. Тому можна зообразити всі шість параметрів на діаграмі з координатами Те.

Є чотири величини з однаковою розмірністю :

, , , .

Тому, значення всіх цих величин можна відкласти на одній вісі в системі координат, кожна з них характеризує енергію, яку позначимо, у загальному вигляді, літерою е.

Графічне зображення енергетичної моделі робочого тіла

Площа – внутрі-шня енергія. Площа 0—а—1—s=Ts = b—питома зя-язана енергія(bound—англ.).

Площа – питома вільна енергія( free—англ.).

Площа – питома ентальпія.