2.5 Энтальпия

Как уже было отмечено, термодинамическая система характеризуется рядом величин. Величина, которая однозначно определяется только состоянием системы, и не зависит от того, как пришла система в данное состояние из любого другого, называется, как было отмечено ранее, функцией состояния термодинамической системы. Величина, значение которой определяется тем, каким образом термодинамическая система пришла в свое конечное состояние, называется функцией процесса. Теплота и работа являются функциями процесса. В технической термодинамике важнейшими функциями состояния являются внутренняя энергия и энтальпия.

Поскольку понятие внутренней энергии было уже рассмотрено, остановимся на понятии энтальпии. Пусть в закрытом сосуде содержится газ, имеющий давление P.

С энергетической точки зрения давление представляет собой потенциальную энергию давления газа, отнесенную к единице объема, т.е. объемную плотность потенциальной энергии давления. Если величина объема газа равна V, м³, то суммарный запас потенциальной энергии давления газа, заключенного в данный объем, равен произведению P V, Дж. Умножив величину давления P на объем, занимаемый единицей массы, т. е. на удельный объем v, м³/кг, получим величину потенциальной энергии давления газа, отнесенную к единице массы газа Pv, Дж/кг. Величина Pv представляет массовую плотность потенциальной энергии давления газа.

Энтальпия, I, Дж, представляет собой полную энергию массы газа, т. е. сумму внутренней энергии и потенциальной энергии давления:

i= и+Pv.

Энтальпия, отнесенная к единице массы газа, имеющего давление P, называется удельной массовой энтальпией, Дж/кг.

Энтальпия является функцией состояния системы.

2.6 Термодинамические процессы

Термодинамическим процессом называется последовательность изменения состояний системы.

Термодинамические процессы могут быть равновесными и неравновесными. Равновесным называется такой процесс, при котором в каждый момент времени система находится в механическом и термическом равновесии, причем механическое равновесие характеризуется равномерным распределением давления, а термическое – равномерным распределением температуры в системе. Равновесный процесс практически возможен, если он протекает очень медленно.

Если состояние системы в каждый момент времени не соответствует условиям равновесия, то такой процесс изменения состояния называют неравновесным.

Термодинамический процесс, при котором происходят бесконечно малые изменения свойств системы, называется бесконечно малым или элементарным термодинамическим процессом. Примером бесконечно малого процесса является бесконечно малое расширение газа, состоящее в увеличении объёма газа.

Приведём исследование основных термодинамических процессов.

Исследовать процесс - это значит:

1. Дать определение процесса.

2. Указать условия протекания процесса.

3. Привести уравнение процесса (связь между термодинамическими параметрами).

4. Вычертить график процесса в координатах PV, и TS

5. Определить изменение внутренней энергии рабочего тела по формуле, справедливой для всех процессов идеального газа,

6. Определить величину внешней (термодинамической) l и располагаемой l₀ удельных работ по формулам

7. Определить количество теплоты, необходимое для протекания процесса по формуле

8. Определить долю теплоты, которая в данном процессе расходуется на изменение внутренней энергии

9. Определить долю теплоты, которая в данном процессе превращается в полезную работу

,  = 1-

Рассмотрим каждый процесс по предложенной выше методике.