Энтальпия

 

В термодинамике важную роль играет величина суммы внут­ренней энергии системы U и произ­ведения давления системы р на величину объема системы V, называемая энтальпией и обозна­чаемая Н:

H = U + pV. (2.29)

Так как входящие в нее ве­ли­чины являются функциями со­стоя­ния, то и сама энтальпия яв­ляется функ­цией состояния и по­этому мо­жет быть представлена в виде функ­ции двух любых пара­метров состоя­ния:

Н = y₁ (р, V); H = y₂ (V, Т);

Н = y₃ (р, Т).

Так же как внутренняя энер­гия, работа и теплота, энтальпия из­меря­ется в джоулях.

Энтальпия обладает свойст­вом аддитивности. Величина

h = u + pv, (2.30)

называемая удельной энталь­пией (h =H/m), представляет со­бой энталь­пию системы, содержа­щей 1 кг ве­щества, и измеряется в Дж/кг.

Поскольку энтальпия есть функция состояния, dH является полным дифференциалом, и, следо­вательно, изменение энтальпии в любом процессе определяется только начальным и конечным состояниями тела и не зависит от характера про­цесса.

.

Физический смысл энтальпии ясен из следующего простого при­мера. В цилиндре под поршнем на­ходится газ Его давле­ние уравновешивается грузом весом pF.

Полная энергия Е расширенной системы, состоящей из газа и порш­ня с грузом, складывается из внут­ренней энергии газа U и потенци­альной энергии поршня с грузом, равной pFy = pV, так что E = U + pV = H.

Член pV численно равен работе, которую нужно совершить, чтобы ввести объем V газа из вакуума в пространство с давлением р. Он характеризует потенциальную энер­гию газа, сжатого внешним давле­нием.

Следовательно, энтальпия любой термодинамической системы пред­став-ляет собой сумму внутренней энергии системы и потенциальной энергии источника внешнего давле­ния.

Уравнение (2.11), с учетом (2.5),

dq = du + p×dv

в случае, когда единственным видом работы является работа расширения, с учетом очевидного соотношения

p×dv = d(pv) – v×dp

может быть записано в виде

dq = d(u +pv) – v×dp,

или dq = dh – v×dp. (2.31)

Из этого соотношения следу­ет, что если давление системы со­храняется неизменным, т.е. осущест­вляется изобарный процесс (dp=0), то dq_p = dh (2.32)

и q_p = h₂ – h₁, (2.33)

т.е. теплота, подведенная к системе при постоянном давлении, расходу­ется только на изменение энтальпии данной системы.

Для идеального газа с учетом (2.18) и (1.3) получим:

dh = du+d(pv) = с_v dT + R dT =

= (c_v + R) dT=c_p dT. (2.34)

Начало отсчета энтальпии, так же как и внутренней энергии, примем равным 0 ˚С:

. (2.35)

При расчетах практический интерес представляет изменение эн­тальпии в конечном процессе:

Dh = h₂ – h₁ =

. (2.36)