Внутренняя энергия и её свойства

^{Каждая молекула обладает кинетической энергией поступательного и вращательного движения. Атомы, образующие молекулу, совершают колебательные движения – это энергия внутренних колебаний.}

^{Реальный газ обладает и потенциальной энергией, зависящей от сцепления между молекулами. Сумма всех видов энергии определяет внутреннюю тепловую энергию газа – внутреннюю энергию газа.}

^{Все виды энергии, кроме потенциальной, зависят от температуры, а потенциальная – от расстояния между молекулами, т.е. под каким давлением при данной температуре находится газ.}

^{Следовательно, внутренняя энергия реального газа зависит от температуры и удельного объема или Р}₁^{, а идеального газа – зависит только от температуры, т.е.:}

^{- для реального газа}

^{- для идеального газа}

^{Если представить в координатах РV ряд произвольных процессов abcdу которых начальные и конечные составляющие одинаковы, то изменение внутренней энергии во всех этих процессах будет одно и то же, т.е.}

^{- это для реального газа (10)}

^{- для идеальных газов (11)}

^{Изменение внутренней энергии не зависит от характера протекания процесса, а зависит от начального и конечного состояний газа, определяемых его параметрами P}₁^{, V}₁^{, T}₁ ^{и P}₂^{, V}₂^{, T}₂^.

^{Для идеальных газов изменение внутренней энергии зависит только от начальной и конечной температуры.}

^{Следовательно, в термодинамике надо рассматривать не абсолютное количество внутренней энергии, а только ее изменения.}

^{аналогично:}

⁽¹²⁾

^{Таким образом, какой бы процесс не совершался изменением температуры от Т}₁ ^{до Т}₂^{, изменение внутренней энергии идеального газа будет одинаково и равно изменению его внутренней энергии в процессе при v = const при том же изменении температур, т.е.}

^{для бесконечного малого изменения состояния:}

⁽¹³⁾

^{Изменение внутренней энергии для реального газа во всех процессах изменения, кроме процесса при V = const:}

⁽¹⁴⁾

^{т.к. в этом случае изменяется не только кинетическая и внутримолекулярная энергия, но и потенциальная энергия.}

Энтальпия газа

^{i – энтальпия введена в термодинамику для упрощения рассмотрения процессов в тепловых двигателях.}

кДж/кг (15)

^{Энтальпия (теплосодержание) является суммой внутренней энергии и работы проталкивания (произведение давления на удельный объем), т.е., «i» является параметром состояния газа и рассматривается как разность энтальпий в каком-либо процессе.}

^{Для определения численного значения энтальпии в выражение определения внутренней энергии подставляем значения «u» и «P∙V».}

^{i = u+P∙V}

^{(т.к. отсчет ведут от 0 ºС и Р = 760 мм. рт. ст.)}

, следовательно:

(16)

т.к. и

то: (17)

т.е. энтальпия численно равна теплу, которое идет на нагревание газа от 0ºС до Т при P  = const.

1-й закон термодинамики:

^{, а т. к.} _и

^{следовательно:}

сгруппируем

(18)

т.е. внешнее тепло в процессе при p = const равно разности энтальпий в конце и начале процесса.

Энтальпии можно дать следующее понятие.

П усть в цилиндре находится 1 кг газа. На поршень положили груз массой «G», уравновешивающий давление газа «Р». Очевидно, что G = f∙Р, где f – площадь поршня. Вся система находится в равновесии, т.е. энергия системы (1 кг газа и груз) равны внутренней (u) энергии газа и потенциальной энергии груза массой «G» поднятого на высоту «Н», т.к. G = f∙Р

,

а f∙Н = v (1 кг газа в цилиндре), то энергия системы равна:

энтальпии газа.

Соотношение между параметрами P₁, V₁, T.

Термические уравнения состояния, а между «u» и «i» и любыми двумя из параметров P₁ V и Т – калорическими.