9. Внутренняя энергия рабочего тела. Вывод расчетного уравнения.

Внутренняя энергия системы включает в себя:

1. кинетическую энергию поступательного, вращательного и колебательного движения частиц;

2. потенциальную энергию взаимодействия частиц;

3. энергию электронных оболочек атомов;

4. внутриядерную энергию.

В большинстве теплоэнергетических процессов две последние составляющие остаются неизменными. Под внутренней энергией будем понимать энергию хаотического движения молекул и атомов, включающую энергию поступательного, вращательного и колебательного движений как молекулярного, так и внутримолекулярного, а также потенциальную энергию сил взаимодействия между молекулами.

Кинетическая энергия молекул является функцией температуры, значение потенциальной энергии зависит от среднего расстояния между молекулами и, следовательно, от занимаемого газом объема V, т. е. является функцией V. Поэтому внутренняя энергия U есть функция состояния тела.

Для сложной системы она определяется суммой энергий отдельных частей. Величина и=U/М, называемая удельной внутренней энергией (Дж/кг), представляет собой внутреннюю энергию единицы массы вещества.

Поскольку внутренняя энергия есть функция состояния тела, то она может быть представлена в виде функции двух любых независимых параметров, определяющих это состояние: f(p,V), f(V,T), f(υ,P)

Ее изменение в термодинамическом процессе Δu не зависит от характера процесса и определяется только начальным и конечным состояниями тела: Δu = ∫ du = u2 - u1, где и₁— значение внутренней энергии в начальном состоянии, а u₂ — в конечном. Математически это означает, что бесконечно малое изменение внутренней энергии du есть полный дифференциал u; если выразить внутреннюю энергию в виде функции удельного объема и температуры, то du = (∂u/∂T)_υ dT + (∂u/∂υ)_T dυ

Внутренняя энергия идеального газа, в котором отсутствуют силы взаимодействия между молекулами, не зависит от объема газа или давления [(ди/дT)_T = 0, (ди/др)_T = 0], а определяется только его температурой, поэтому производная от внутренней энергии идеального газа по температуре есть полная производная:

(ди/дТ)_р = (ди/дТ)_υ , = dи/dТ.

10. Энтальпия. Вывод расчетного уравнения. Hs- диаграмма.

В термодинамике важную роль играет сумма внутренней энергии системы U и произведения давления системы р на ее объем V, называемая энтальпией Н: H = u + pV Так как входящие в нее величины являются функциями состояния, то и сама энтальпия является функцией состояния (H = Дж). Величина h = u + pυ называемая удельной энтальпией (h = Н/М), представляет собой энтальпию системы, содержащей 1 кг вещества, и измеряется в Дж/кг. Поскольку энтальпия есть" функция состояния, то она может быть представлена в виде функции двух любых параметров состояния: f(p, υ), f(υ, T), f(p, T), а величина dh является полным дифференциалом.

Изменение энтальпии в любом процессе определяется только начальным и конечным состояниями тела и не зависит от характера процесса.

dq = du + pdυ

d(pυ) = pdυ + υdp

dq = du + d(pυ) – υdp = d(u + pυ)- υdp = dh – υdp

Если dp = 0, dq = c_pdT

C_p ∫ dT = ∫ dh

Δh = h₂ – h₁ = c_p(T₂ – T₁); h = c_pt