3 Види енергії та їх особливості.
Енергія – це кількісна міра руху матерії, що проявляється в різних формах та заповнює весь світовий простір. Властивістю, що відповідає всім видам енергії, є здатність за певних умов переходити в будь-який інший вид у певнім кількісному співвідношенні.
Майже всі види енергії (механічна, електрична, хімічна, внутрішньоядерна, потенційна енергія різних фізичних полів), за винятком теплової, є енергіями спрямованого руху. На відміну від видів енергії спрямованого руху, теплова енергія виражається в молекулярному та внутрішньомолекулярному хаотичному русі, являючи собою енергію не спрямованого, а хаотичного руху. Корінною відмінністю цих двох груп є те, що види енергії спрямованого руху можуть бути перетворені в будь-які інші види; перетворення ж теплової енергії в будь-який вид енергії спрямованого руху має свої особливості, вивчення яких й є однієї з головних завдань технічної термодинаміки.
Будь-яка термодинамічна
система (робоче тіло) у кожному стані
має запас сповненої енергії
,
що складається із внутрішньої енергії
,
яка залежить від внутрішнього стану
тіла, і зовнішньої енергії
,
пов'язаної з рухом тіла як цілого та
положенням його в якому-небудь фізичному
полі сил (гравітаційному, магнітному,
електричному й т.д.), тобто
Внутрішня енергія складається
з енергії теплового руху мікрочастинок
тіла, обумовленої термічними параметрами
й
,
хімічної енергії, внутрішньоядерної й
ін.
Зміна внутрішньої енергії не залежить від характеру процесу, а визначається лише початковим і кінцевим станами робочого тіла, тобто
Зовнішня енергія
включає кінетичну енергію тіла
як цілого, та суму потенційних енергій
фізичних полів
,
наприклад, потенційну енергію
гравітаційного поля
,
де
- постійна,
- висота тіла,
,
тобто
4 Калоричні параметри стану.
Таку назву одержали функції
термічних параметрів стану: для тіла
масою
- внутрішня енергія
,
энтальпия
(або
)
та ентропія
.
Для газів та рідини, що перебувають у
суцільному безперервному потоці
(наприклад у каналі), визначальним
параметром буде не внутрішня теплова
енергія u,
а энтальпия. Для 1 кг тіла, Дж/кг
.
Величину
називають потенційною енергією тиску
або енергією проштовхування. Ця енергія
передається розглянутому 1 кг частами,
що рухаються позаду; ця ж енергія
передається спереду часткам,, що рухаються
і т.д.
Ентальпія складається тільки
з параметрів стану й тому, є функцією
стану: її зміна
не залежить від шляху процесу, а залежить
тільки від початкового й кінцевого
станів, тобто
В ідеальному газі сили
взаємодії між молекулами відсутні та
внутрішня енергія визначається тільки
температурою, тобто
Ця ж умова справедлива для ентальпії
ідеального газу:
У технічній термодинаміці
не потрібне знання абсолютного значення
ентальпії, тому вона звичайно відраховується
від деякого умовного нуля (для газів
при
).
Ентропія
-
це такий параметр стану, елементарна
зміна
якого дорівнює відношенню нескінченно
малої кількості тепла
в рівноважному процесі до абсолютної
температури Т
тіла на розглянутій нескінченно малій
ділянці процесу, Дж/(кг к)
Зміна ентропії в будь-якому процесі, Дж/(кг К)
,
де
-
теплота процесу, Дж/кг;
- середня температура робочого тіла
системи в розглянутому процесі.