Основы теплотехники





Что такое энтальпия?



Уравнение первого закона термодинамики, выражающее закон сохранения энергии в термодинамических процессах, можно преобразовать к следующему виду:

dq = du + pdv = du + pdv + vdp – vdp = d(u + pv) – vdp.

Выражение (u + pv), обозначающее элементарную сумму внутренней энергии и произведенной работы, называют энтальпией и обозначают буквой i.

i = u + pv.

Слово энтальпия в переводе с греческого означает "нагреваю".

Энтальпия тоже является параметром состояния, поскольку составляющие u и pv имеют для каждого состояния вполне определенные значения. Тогда первый закон термодинамики можно записать в виде:

dq = di – vdp.

Чтобы понять суть параметра энтальпия газа представим цилиндр с подвижным поршнем под которым находится 1 кг газа под давлением p, уравновешиваемое весом поршня G.
энтальпия газа Поскольку G = pS, где S – площадь поршня, то энергия системы будет равна

u + Gh = u + pSh,

где:
u – внутренняя энергия газа;
Gh = pSh – потенциальная энергия груза (поршня), поднятого на высоту h.

Учитывая, что Sh = V и приведенное выше определение энтальпии, можно записать, что в данном случае энергия системы равна энтальпии: u + pv = i.
Подставив в это уравнение значение u и pv при температуре T, а именно: u = cvT   и   pv = RT, получим:

i = cvT + RT = (cv + R)T.

Выражение (cv + T) в соответствии с уравнением Майера можно выразить через cp:

cp – cv = R     или     cv + T = cp.

Тогда можно записать: i = cpT, т.е. энтальпия газа при температуре T численно равна количеству теплоты, подведенной к рабочему телу при его нагревании от до температуры Т при постоянном давлении.

Существует и другое определение энтальпии - это количество энергии системы или материального тела, которая доступна для преобразования в теплоту при определенной температуре и давлении.
Очевидно, что не вся энергия материальных тел, в т. ч. и газов доступна для преобразования в теплоту. Какая-то часть энергии необходима для поддержания молекулярной структуры тела.
Полная энергия, заключенная в материальном теле массой m, в соответствии с известным уравнением Эйнштейна равна E = mc2.
Лишь часть этой энергии можно превратить в тепло, остудив тело до температуры абсолютного нуля, и эта доля полной энергии (доступной для получения теплоты) – энтальпия.
Не следует забывать, что энтальпия характеризует доступное количество теплоты для конкретного состояния p-V.

Значение энтальпии различных веществ в разных состояниях приведены в справочниках.
Энтальпия используется в вычислениях для определения разницы уровней энергии между двумя состояниями термодинамической системы.
Это бывает необходимо для настройки оборудования и определения коэффициента полезного действия процесса.

***




Понятие энтропии

Рассмотрим элементарный термодинамический процесс, в ходе которого 1 кг газа обменивается с внешней средой пренебрежительно малым количеством теплоты dq, при этом его температура Т остается неизменной.
На основании первого закона термодинамики можно записать:

dq = du + pdv.

Если разделить обе части этого уравнения на температуру Т, получим:

dq/T = du/T + pdv/T.

Обозначим соотношение dq/T = ds.
Энтропия s – это величина, изменение которой ds в элементарном термодинамическом процессе равно отношению элементарного количества теплоты dq к постоянной температуре Т.
что такое энтропия Изменение энтропии тела, а не ее абсолютное значение в каких-либо состояниях характеризует количество теплоты, участвующей в термодинамическом процессе. При этом изменение энтропии зависит от параметров газа в начальном и конечном состояниях и не зависит от процесса, по которому изменяется это состояние.
Поэтому энтропию можно рассматривать, как параметр состояния рабочего тела.

Этот параметр не имеет физического смысла и введен формально на основании математических построений для облегчения решения многих теплотехнических задач применительно к идеальному газу.

Энтропия - это мера экстенсивности термодинамической системы в случае, когда переменным параметром является температура.
Энергия системы есть произведение энтропии на изменение температуры.
Очевидно, что при изотермических процессах составляющая энергии системы, в которую входит энтропия, будет равна нулю.
В общем случае изменение энергии термодинамической системы не является обязательным условием изменения энтропии этой системы.

В переводе с греческого слово "энтропия" означает превращение.

***

Топливо и его горение

Скачать теоретические вопросы к экзаменационным билетам
по учебной дисциплине "Основы гидравлики и теплотехники"
(в формате Word, размер файла 68 кБ)

Скачать рабочую программу
по учебной дисциплине "Основы гидравлики и теплотехники" (в формате Word):

Скачать календарно-тематический план
по учебной дисциплине "Основы гидравлики и теплотехники" (в формате Word):