1.12. Энтальпия.

Удельная энтальпия, т.е. отношение энтальпии к массе тела, обозначается и выражается в джоулях на килограмм (Дж/кг); она представляет собой, по определению, сложную функцию вида:

(1.12.1)

Энтальпия будет также параметром (функцией) состояния.

В качестве независимых параметров выбрать давление и температуру , то можно получить для обратимых процессов другой вид аналитического выражения первого закона термодинамики:

Отсюда

(1.12.2)

Из уравнения (1.12.2) следует, что

(1.12.3)

Изменение удельной энтальпии во всех процессах, протекающих между двумя точками А и В, одинаково (рис. 1.12.1). Физический смысл энтальпии будет понятен из рассмотрения следующего примера. На перемещающейся поршень в цилиндре с газом помещена гиря массой (кг) (рис 1.12.2). Площадь поршня А,

Рис. 1.12.1 Рис. 1.12.2

удельная внутренняя энергия рабочего тела . Потенциальная энергия гири равна произведению массы гири на высоту . Так как давление газа уравновешивается массой гири, то потенци­альную энергию ее можно выразить так:

Произведение есть удельный объем газа. Отсюда

Произведение давления на объем есть работа, которую надо за­тратить, чтобы ввести газ объемом во внешнюю среду с давле­нием . Таким образом, работа есть потенциальная энергия газа, зависящая от сил, действующих на поршень. Чем больше эти внешние силы, тем больше давление и тем больше потен­циальная энергия давления .

Если рассматривать газ, находящийся в цилиндре, и поршень с грузом как одну систему, которую будем называть расширенной системой, то полная энергия этой системы складывается из удельной внутренней энергии газа и потенциальной энергии поршня с грузом, равной :

(1.12.4)

Отсюда видно, что удельная энтальпия равна энергии рас­ширенной системы – тела и окружающей среды. В этом и заключается физический смысл энтальпии.

1.13. Теплоемкость газов. Энтропия.

Отношение элементарного количества теплоты , полученное телом при бесконечно малом изменении его состояния, к изменению температуры называется удельной теплоемкостью тела в данном процессе:

(1.13.1)

Величина в уравнении зависит не только от интервала температур, но и от вита процесса подвода теплоты, характеризуемого некоторым постоянным параметром , которым может быть объем тела , давление и др. общее количество теплоты, полученное в данном процессе, определяется выражением

(1.13.2)

На примере идеального газа. Имеем , или заменив на , получим

Разделив обе части последнего уравнения на , находим

(1.13.3)

Выражение при обратимом изменении состояния газа есть полный дифференциал некоторой функции переменных и ( зависит только от температуры, а - величина постоянная). Клаузиус назвал эту функцию энтропия и обозначил в джоулях на градус (Дж/К).

Таким образом, дифференциал энтропии для обратимого изменения состояния определяется как

(1.13.4)

Удельная энтропия является параметром состояния, и изменение ее в любом термодинамическом процессе полностью определяется крайними состояниями тела и не зависит от пути процесса.

Интегрируя определяем

(1.13.5)