Внутренняя энергия, энтальпия, энтропия

В молекулярно-кинетической теории внутренняя энергия составляется из кинетической энергии всех частиц, потенциальной энергии взаимодействия молекул и энергии колебательного движения атомов (т. н. нулевой энергии). Внутренняя энергия - функция состояния, зависящая от температуры и давления, а для идеального газа - только от температуры (в этом случае потенциальной энергией взаимодействия пренебрегают).

На практике значение имеет не сама величина внутренней энергии, а ее изменение AU:

ΔU = CVM (t2 – t1) (2.60)

где CVM — средняя удельная массовая теплоемкость при постоянном объеме в пределах от t1 до t2, кДж/(кр°С). Таким образом, изменение внутренней энергии идеального газа равно произведению средней теплоемкости при постоянном объеме на разность температур газа.

Единицы удельной внутренней энергии — джоуль на килограмм (Дж/кг), джоуль на киломоль (Дж/кмоль) и джоуль на метр кубический (Дж/м3).

Энтальпия (теплосодержание насыщенного газа) — количество теплоты, необходимое для повышения температуры 1 кг вещества от абсолютного нуля до пара заданной температуры. В общем случае энтальпия является функцией температуры и давления. Как и в случае с внутренней энергией, чаще надо знать изменение энтальпии Л1, а не ее абсолютное значение:

 
   


ΔI = СрМ (t2 – t1) (2.61)

 

где СрМ — средняя удельная массовая темплоемкость при постоянном давлении в пределах от 1, до 12, кДж/(кг.°С).

Следовательно, изменение энтальпии идеального газа равно произведению средней теплоемкости при постоянном давлении на разность температур газа.

Энтальпию реального газа можно рассматривать как сумму энтальпии в идеальном состоянии и соответствующего корректирующего члена:

I = Iид + ΔI (2.62)

Корректирующий член й! может быть определен по графику зависимости энтальпии газов от приведенных температуры и давления (рис. 2.10).

Энтропия, так же как энтальпия и внутренняя энергия, — функция состояния рабочего тела (системы). Элементарное приращение энтропии в любом обратимом процессе выражается соотношением

dS = dQ/T = (dU + Adl)/T (2.63)

где dS — приращение энтропии, кДж/(кг•К); dQ — изменение тепловой энергии рабочего тела, кДж/кг; dU — приращение внутренней энергии, кДж/кг; dl — внешняя работа, кДж/кг; А—тепловой эквивалент работы, равный 1/101,7 кДж (кг•м); Т — абсолютная температура, К.