Энтальпия рабочего тела как функция состояния

Термин энтальпия (от греч. euthalpo – нагреваю) введен в 1909 г. Камерлинг-Онессом.

В ТТД важную роль играет величина суммы внутренней энергии U системы и произведения давления системы р на величину объема V системы, наз. энтальпией ( Н), Дж.

Н = U +pV, (3.8)

Удельная энтальпия h=H/m представляет собой энтальпию системы, содержащей 1кг вещества, и измеряется в Дж/кг.

Чтобы лучше уяснить смысл энтальпии, рассмотрим полную энергию газа, находящегося под давлением р в цилиндрическом сосуде с поршнем. (рис.3.2)

Его давление (газа) уравновешивается грузом весом pF. Площадь поршня F, высота его расположения у. Полная энергия термодинамической системы Е, состоящей из газа и поршня с грузом, складывается из внутренней энергии газа U и потенциальной энергии поршня с грузом, равной pFy=pV, так что Е = U + pV = H , (3.9)

где pV – характеризует потенциальную энергию противодавления газа внешнему давлению (в данном примере – груза G=pF), т.е. член pV численно равен работе,

которую нужно совершить, чтобы ввести объем газа из вакуума в пространство с давлением р.

Т.к. входящие в уравнение (3.9) величины явл. функциями состояния, то и сама энтальпия явл. функцией состояния и поэтому может быть представлена в виде функции любых двух параметров состояния: H=f₁ (p,v); H=f₂ (p,T); H=f₃ (v,T)

Для реального газа энтальпия зависит от давления и температуры h= f (p,T)

Для идеального газа энтальпия, как и внутренняя энергия явл. функцией только абсолютной температуры, т.е.:

H = U + pV = U (T) + RT = H (T), (3.10)

Уравнение 1-го закона ТТД в случае, когда единственным видом работы явл. работа расширения: , с

Рис. 3.2 учетом отношения pdv=d (pv) – v (dp) может быть записано в виде: , (3.11)

из этого соотношения следует, что если давление системы сохраняется неизменным, то

теплота, подведенная в изобарном процессе к системе, расходуется только на изменение энтальпии данной системы.

Т.к. энтальпия идеального газа, так же как и внутренняя энергия идеального газа, зависит только от температуры, и, следовательно: , , то выражение (3.14) для идеального газа запишется: , (3.12)

Преобразование типа: xdy=d(xy) – ydx наз. преобразованием Лежандра.