ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Внутренняя энергия и энтальпия из "Термодинамика " Превращения энергии в круговых процессах. Рассмотрим круговой процесс изменения состояния термодинамической системы, заключающийся в переходе от начального состояния к некоторому состоянию 2 по пути 1а2 и возвращении от состояния 2 к исходному состоянию I по другому пути 26/ каждый из указанных переходов может быть как обратимым, так и необратимым (рис. 2.1). [c.28] Действительно, если бы разность Q — L не равнялась нулю, а была, например, меньше нуля, это означало бы, что в результате кругового процесса система, возвратившись в исходное состояние, произвела большую работу, чем полученная системой теплота. Если теперь некоторую часть произведенной системой работы, численно равную Q, превратить снова в теплоту и передать окружающим телам, то последние тем самым будут возвращены в исходное состояние следовательно, система и окружающие тела после рассмотренного кругового процесса не будут иметь каких-либо остаточных изменений и будут находиться в том же состоянии, что вначале, и, несмотря на это, будет произведена некоторая положительная работа. Заставив систему совершать подобный круговой процесс много раз, можно было, бы получить любое количество положительной работы без затраты вообще какого-либо количества теплоты, т. е. из ничего , что находится в противоречии с законом сохранения энергии. Поэтому сделанное вначале предположение о том, что при круговом процессе разность между полученной теплотой и совершенной системой работой не равна нулю, должно быть отброшено как неправильное. [c.28] Полученные результаты означают, что исключена возможность осуществления вечного двигателя первого рода, т. е. такого двигателя, при помощи которого можно было бы получать положизельную полезную внешнюю работу без какого-либо изменения состояния окружающих тел. [c.29] В самом деле, из уравнений (2.5) или (2.6) видно, что если состояние рабочего тела двигателя в начале и конце цикла одинаково, то для того, чтобы восстановить исходное состояние окружающих тел, надо сообщить им, согласно сказанному выше, количество теплоты, равное произведенной двигателем полезной работе. [c.29] Отсюда следует, что если Е Ф О, то состояния окружающих тел в начале и конце кругового процесса, совершенного телом, различны и, следовательно, внешние тела, а также вся система в целом кругового процесса при этом не совершает. [c.29] Из уравнения (2.5) вытекает также, что в случае незамкнутого процесса, т. е. при любом изменении состояния системы от некоторого исходного состояния / до некоторого конечного состояния 2, теплота, получаемая системой, не превращается в работу полностью, причем разность между полученной системой теплотой и совершенной ею работой Ql 2— х.г) имеет одно и то же значение независимо от того, по какому пути происходил переход из состояния 1 в состояние 2. [c.29] Чтобы установить физическое содержание функций и и I, сравним сначала уравнение (2.7) с уравнением (2.3), описывающим изменение полной энергии системы. Из этого сопоставления следует, что внутренняя энергия есть собственная энергия тела, присущая ему как таковому. [c.30] С молекулярной точки зрения внутренняя энергия любого тела, представляющего собой совокупность большого числа частиц (молекул, атомов, ионов и т. д.), есть энергия всех составляющих тело частиц и равна сумме их кинетической и потенциальной энергий. [c.30] Энтальпия же согласно выражению (2.9) есть не что иное, как полная энергия, связанная с данным состоянием тела она состоит из внутренней энергии и тела и величины рУ, представляющей собой работу, которую нужно было затратить для того, чтобы ввести тело объемом У во внешнюю среду, имеющую повсюду одинаковое давление р, или, что то же самое, потенциальную энергию связи данного тела с окружающей средой, когда эта связь осуществляется исключительно через внешнее давление. Можно также сказать, что энтальпия равняется сумме внутренних энергий системы и находящегося с ней в механическом равновесии внешнего источника работы (в частности окружающей среды) механическое равновесие означает, что источник работы оказывает на систему внешнее давление, равное давлению внутри системы. [c.30] Таким образом, если тело находится в равновесии с внешней средой, то с любым состоянием его связана энергия 11 + рУ, численно равная энтальпии / тела в данном состоянии. [c.30] Сказанное хорошо иллюстрируется следующим примером. Пусть имеется цилиндр, под поршнем которого находится некоторое количество газа (рис. 2.3). Для уравновешивания давления газа р поршень площадью П должен быть нагружен грузом Р = рП. Полная энергия рассматриваемой системы Е будет равна сумме внутренней энергии газа 11 и потенциальной энергии груза РН = рУ, т. е. [c.30] Из дальнейшего будет ясно, что для систем, находящихся под постоянным внешним давлением, энтальпия I играет ту же роль, что и внутренняя энергия и в системах с постоянным объемом. [c.30] Внутренняя энергия и энтальпия имеют, как уже указывалось, в каждом из состояний вполне определенное и притом единственное значение, т. е. являются функциями состояния. [c.30] Таким образом, допущение о неоднозначности внутренней энергии (а равно и энтальпии) приводит к противоречию с первым началом термодинамики, из чего следует, что 11 и 1 являются всегда однозначными функциями состояния. [c.31] Дифференциалы 311 и 31 являются полными дифференциалами. [c.31] Для системы, состояние которой определяется двумя независимыми термодинамическими параметрами, выражения для Зи и 31 имеют следующий вид (соответственно в переменных р, Г р, Т Т, V). [c.31] Изменение энтальпии в процессах, происходящих без совершения полезной внешней работы, в частности при изобарическом процессе, равняется количеству теплоты, полученной системой, т. е. [c.32] Равенство (2.11) объясняет, почему энтальпию называют также тепловой функцией. [c.32] Если система теплоизолирована так, что теплообмен между системой и окружающей средой отсутствует, т е. dQ = 0, то в равновесных процессах, происходящих с такой системой при постоянном давлении, dI согласно уравнению (2.8) равно нулю, т. е. энтальпия теплоизолированной системы при изобарическом процессе сохраняет неизменное значение. [c.32] Уравнения (2.10), (2.11) и (2.12) имеют силу как для обратимых, так и для необратимых процессов. [c.32] Вернуться к основной статье