2. АНАЛИЗ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО (ТЕПЛОВОГО) БАЛАНСА

2.1. Первый и второй законы термодинамики

Энергия – движущая сила любого производства. Валовое произ- Сводство первичной энергии складывается из производства химической энергии, накопленной в ископаемом топливе, – угле, нефти, природном газе, к нет ческой энергии падающей воды и ядерной энергии.

Измеряя энерг ю, переходящую из одного вида в другой, ученые не

смогли обнаруж ть возникновения или исчезновения энергии ни при ческихкаких ф з ческ х процессах, ни при химических реакциях, а только ее превращен е з одной формы в другую [6].

В результате ыл сформулирован закон сохранения энергии, из-

вестный также как первый закон термодинамики. При любых физили х м ческ х взаимодействиях, при любом перемещении вещества з одного места в другое, при любом изменении температуры энергия не возн кает не исчезает, а только превращается из одного вида в другой. Друг ми словами, энергия, полученная или затраченная какой-либо живой или неживой системой – любым изучаемым мате-

риальным объектом, – должна ыть равна той энергии, которую одновременно получила от системы или отдала ей окружающая среда.

А вано во втором законе термодинамикиД: при любом превращении энер-

Все, что мы на людаем в природе, в кратком виде сформулиро-

гии из одного вида в другой некоторое количество первично получен-

ной полезной энергии переходит в менее качественную, менее полез-

ную энергию, которая обычно рассеивается в окружающей среде в виде низкотемпературного тепла. Энергия низкого качества, облада-

ющая высокой энтропией, рассеяна настолькоИ, что неспособна выпол-

нять полезную работу.

Рассмотрим пример второго закона термодинамики в действии. Когда движется автомобиль, в механическую энергию, приводящую его в движение, и электрическую энергию всех его систем превращается всего лишь около 10% получаемой при сгорании бензина высококачественной химической энергии. Остальные 90% в виде бесполезного тепла рассеиваются в окружающей среде и в конечном счете теряются в космическом пространстве.

Итак, преобразование энергии в более удобную для использования форму неизбежно сопровождается определенными ее потерями. Используя законы термодинамики, можно объяснить природу этих по-

47

терь и произвести их количественную оценку. Это в свою очередь дает нам возможность составить энергетический баланс любой системы или процесса.

2.2. Газовые законы

В практике идеальными называются такие газы, которые подчиняются уравнению Менделеева – Клапейрона в пределах допустимых ошибок измерения [8].

мом и температурой деального газа при постоянном давлении, а также между температурой и давлением этого газа при постоянном объеме.

Если давление газа остается постоянным, то при повышении температуры на 1 град о ъем его увеличивается приблизительно на 1/273 (0,00367) часть того о ъема V0, который то же количество

48

Для приведения объема газов к нормальным условиям (0 °С и

условиях 1 кмоль любого вещества в газообразном состоянии занимает объем 22,4 м3, ли, что то же, 1 моль – 22,4 дм3. Это мольный объемчислогаза, он содерж т 6,023∙1023 молекул. Эта величина называется « Авогадро». Зная молекулярную массу М газа, можно вычис-

лить плотность его р0 (кг/м3), выраженную в кг/м3 при нормальных

0

Менделеева–Клапейрона) и характеризующему, таким образом, пол-

(кг/кмоль); R – универсальная газовая постоянная, величина для всех газов одинаковая; р0 – плотность газа при нормальных условиях, выраженная в кг/м3.

Числовое значение R определится: так как 1 кмоль любого газа при 0 °С (T = 273 К) и нормальном давлении (Р= 101,325∙103 Н/м2) занимает объем 22,4 м3, то R = 8,314 кДж/кмоль∙град.

49

Клапейрона для д ссоциированных газов принимает следующий вид (для п молей газа):

можно подсчитать степень диссоциации газа.

Газовые смеси. Если имеется смесь газов, составные части которой друг с другом химически не взаимодействуют, то, по закону Дальтона, общее давление ее Р равно сумме парциальных давлений

ем газовой смеси, который в данном случае принимаем равным единице, так как вводится в расчетную формулу для 1 м3 газа; п – число

50