Энтальпия Способы энергомассообмена

Энтальпия Способы энергомассообмена


Как будет видно из дальнейшего, важную роль в самых разнообразных термодинамических расчетах играет сумма внутренней энергии системы и произведение давления в системе р на ее объем V, которую ввел в практику тепловых расчетов Дж. Гиббс и которая по предложению X. Камерлинг-Оннеса была названа энтальпией: где U — внутренняя энергия для произвольного количества газа; pV— работа, которую надо затратить, чтобы раздвинуть среду и поместить в нее термодинамическую систему. При р = const имеем J р dV = pV. Произведение pV можно о интерпретировать как потенциальную энергию сжатого газа. Таким образом, энтальпия — это полная энергия неподвижного ТРТ, находящегося в поле сил давления окружающей среды. Способы энергомассообмена Существуют три способа энергомассообмена между термодинамической системой и окружающей средой: теплообмен, совершение работы и массообмен. Теплота — это количество тепловой энергии, которой обменялись в конкретном термодинамическом процессе термодинамическая система и окружающая среда. Подчеркнем, что теплота — это порция тепловой энергии, которая пересекла границу системы в том или ином направлении. Теплота, поступающая в систему или выходящая из нее, может содержать как энергию хаотического движения частиц, так и энергию их упорядоченного движения. Примером может служить истечение продуктов сгорания из реактивных сопел двигателей. Совершение работы — это обмен между системой и окружающей средой упорядоченной энергией. Известно большое число видов работы: работа объемной деформации (изменения объема и формы), проталкивания (преодоление гидродинамического сопротивления движению), техническая (заданное перемещение или полезная деформация ТС-машины или ТС орудия), преодоление сил трения, работа против сил поверхностного натяжения, намагничивания, электростатической поляризации и т. д. Любая элементарная работа есть произведение термодинамической силы на элемент термодинамической коор динаты (как правило, слово «термодинамический» опускают и говорят просто о силе и координате). Например, для работы объемной деформации (работы по преодолению внешних сил): где р— давление (сила), a dV— изменение объема (координата). Для уравнения (1.63) часто вводятся понятия работы сжатия, когда ТРТ сжимается (объем уменьшается), и работы расширения. Работа проталкивания ЪЬр = V dp, работа техническая 6LTex = — R dx, где R — сила реакции, работа трения 5LTp = FTp dx и т. д. имеют один и тот же математический вид и поэтому могут именоваться частными случаями обобщенной термодинамической работы, равной произведению обобщенной термодинамической силы на обобщенную термодинамическую координату. Аналогичный вид имеет формула и для теплоты: где Т — температура на границе системы, a dS — координата, представляющая собой еще одну широко применяемую термодинамическую функцию — энтропию, которую в виде предложил Р. Клаузиус. В этом выражении температура Т является интегрирующим делителем, позволяющим энтропии иметь полный дифференциал, обладать свойством аддитивности и потенциальности, как и рассмотренным ранее внутренней энергии и энтальпии. Энтропия — функция, определяющая меру хаоса, поэтому кроме заложенного в нее теплового смысла она исполь-зуется и в вероятностных статистических расчетах. Базируясь на предварительных расчетах и идеях J1. Больцмана, Дж. Гиббс предложил такое статистическое выражение для энтропии: где к — постоянная Больцмана, a W — вероятность состояния системы. Термин энтропия образован от греческого корня «тропэ», обозначающего «превращение», к которому Клаузиус добавил приставку «эн». Этой приставкой Клаузиус подчеркнул родство введенного им в науку понятия с уже общепризнанным в то время понятием энергия. Корень «тропэ» Клаузиус употребил потому, что с помощью энтропии удалось проанализировать процессы превращения тепловой энергии в полезную механическую работу.