1.6 Энтальпия рабочего тела

Важную роль в термодинамических расчетах играет сумма внутренней энергии системы U и произведения давления системы на ее объем. Эта величина называется энтальпиею или теплосодержанием.

I ≡ U + P V, Дж.

Удельная массовая энтальпия по определению равняется

i ≡ I/m = u +P v, Дж/кг.

Из-за того, что энтальпия определяется посредством только параметров состояния, она также является функцией состояния:

.

Энтальпия широко используется при анализе изобарных процессов. Это связано с тем, что в случае изобарного процесса первый закон термодинамики в терминах энтальпии имеет особенно простой вид:

,

или в дифференциальной форме:

q = dI.

Таким образом, теплота, получаемая рабочим телом в изобарном процессе, тратится лишь на изменение энтальпии.

1.7 Термодинамические процессы

В данном пункте будет предоставлено общее (пригодное для любых ситуаций) определение основных термодинамических процессов и приведены уравнения равновесных вариантов этих процессов для идеальных газов.

1.7.1 Изотермический процесс

Изотермическим процессом называется процесс, проходящий при постоянной температуре.

Уравнение процесса имеет вид T=const, который, с учетом уравнения состояния идеального газа (3), принимает форму закона Бойля-Мариотта:

Pv = const.

1.7.2 Изобарный процесс

Изобарный процесс – процесс, проходящий при постоянном давлении: P = const.

Уравнение изобарного процесса в случае идеального газа, с учетом уравнения состояния идеального газа (3), принимает вид закона Гей-Люссака:

v/T = const.

1.7.3 Изохорный процесс

Процесс, в ходе которого объем рабочего тела не изменяется, носит название изохорного процесса.

Формальное определение изохорного процесса имеет вид V = const, что в случае идеального газа с учетом уравнения состояния (3) дает известный закон Шарля:

P/T = const.

1.7.4 Адиабатный процесс

Под адиабатным процессом понимают процесс изменения состояния рабочего тела без теплообмена с окружающей средой, т.е. формальным определением такого процесса является соотношение:

q = 0.

В практике адиабатными считают такие процессы, в которых переданная теплота по абсолютной величиной значительно меньше изменения внутренней энергии рабочего тела, или работы тела в процессе. Для выполнения такого требования рабочее тело либо теплоизолируют, либо делают процесс быстрым (за время процесса тело не успевает обменяться с окружающей средой значительным количеством тепла). К последнему варианту относится существенно необратимый процесс - взрыв газовой смеси.

В случае обратимого процесса идеального газа требование адиабатности трансформируется в уравнение адиабатного процесса (уравнение Пуассона):

P v^k = const,

в котором символом k обозначен показатель (коэффициент) адиабаты, равный отношению изобарной (с_p) и изохорной (c_v) теплоемкостей газа:

k ≡ c_p/c_v. (17)

1.7.5 Политропный процесс

Политропный процесс - процесс, на протяжении которого теплоемкость рабочего тела остается постоянной.

Теплоемкость политропного процесса c_n может принимать значения от - до + .

Уравнение обратимого политропного процесса идеального газа имеет вид:

P vⁿ = const,

в котором символом n обозначен показатель (коэффициент) политропы:

. (18)

Фиксация n (в соответствии с (18)) задает также теплоемкость процесса:

.

Анализ политропного процесса приводит к выводу, что основные термодинамические процессы - изохорный, изобарный, изотермический и адиабатный, - если они протекают при постоянной теплоемкости, являются частными случаями политропного процесса. Значение показателя политропы и теплоемкости в основных термодинамических процессах приведено в таблице 1.

Таблица 1

Название процесса	Теплоемкость сn	Показатель политропы n
Изохорный	cv
Изобарный	cp	0
Изотермический		1
Адиабатный	0	k