Термодинамика и теплопередача Болгарский А.В. Мухачев Г.А. Щукин В.К. (1013761), страница 34
Текст из файла (страница 34)
Отрезок этой изоэнтропы между найденной точкой пересечения и точкой ! представляет собой снижение эксергии рабочего тела между состояниями ! и 2. При вычислении удельной эксергии потока для различных рабочих тел можно воспользоваться е — (-диаграммами для единицы массы. Значение эксергин определим по формуле е = ! — 1, — Т, (з — аг). (17.21) Значения параметров окружающей среды ((„з„Т,) примем постоянными. е — (-Диаграмма (рис. 17.3) строится как разновидность косоугольной ! — з-диаграммы, в которой ось энтальпнй расположена горизонтально, а ось энтропий выбирается так, чтобы угол наклона оси з в процессе з=Ыегп был взят при Ле = б!.
При одинаковом масштабе шкал по осям е и ! этому услови!о соответствует угол наклона, равный 135'. Следовательно, ось энтропий наклонена к оси энтальпий под косым углом. Линии 1=Ыегп в такой диаграмме располагаются вертикально, а а=Ыеп! — горизонтально, Линии з=Ыегп перпендикулярны оси з. !89 На е — 1-диаграмму наносится сетка изобар, изотерм, а также верхняя и нижняя пограничные кривые данного вещества. Характер е — 1-диаграммы определяется физическими свойствами вешества, для которого она построена.
Вид диаграммы, показанной на рис. 17.2, характерен для воды, у которой Т„„ ~ Т,. Эксергетичсский метод анализа использует как первый, так и второй законы термодинамики с учетом роли окружаюшей среды. Рнс Нда Такой метод исследования теплотехнических процессов получает все более широкое распространение, так как позволяет: 1) оценить более широко термодинамическую эффективность различных процессов; 2) количественно определить степень необратимости процессов, при этом учтя качество теплоты; 3) учесть влияние изменений в окружаюшей среде на показатели установки; 4) наметить пути термодинамического совершенствования процессов (для уменьшения необратимости процесса горения необходимо подогревать воздух, для уменьшения потерь от необратимости, теплообмена нужно осушествлять теплообмен с минимальным перепадом температур и т.
п.). ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА Химическая термодинамика занимается изучением химических процессов с термодинамической точки зрения и в отличие от технической рассматривает явления, в которых происходят знутрпмолекулярные изменения рабочего тела при сохранении атомами молекул своей индивидуальности. Образование новых веществ (рабочего тела) или разложение веществ осуществляется в результате химической реакции. Для химического процесса характезно изменение числа и расположения атомов в молекуле реаги(ующих веществ. В ходе реакции разрушаются старые и возникают новые связи между атомами. В результате действия сил связей пооисходит выделение или поглощение энергии.
Энергия, которая может проявляться только в результате химической реакции, называется химической энергией. Химическая энергия представляет собой часть внутренней энергии системы, рассматриваемой в момент химического превращения, ибо в запас внутренней энергии входит не толь. ко кинетическая и потенциальная энергия молекул, но и энергия электронов, энергия, содержащаяся в атомных ядрах, лучист; я энер. гия. Отличительным признаком химической реакции являегся изменение состава системы в результате перераспределения массы между реагирующими веществами в изолированной системе. Если же система не изолирована от окружающей среды, то свонства ее должны зависеть также от количества вещества, введенногс в систему или выведенного из нее.
Если, например, в калориметриче. скую бомбу поместить смесь из двух объемов водорода и одного объема кислорода (гремучий газ), то, несмотря на отсутствие теплообмена, происходит реакция с образованием водяного пара 2Н, + О, -э. 2Н,О Эта реакция протекает с заметной скоростью при 600' С илг в присутствии катализатора (платина) при комнатной температуре. Эти условия представляют собой внешние воздействия, но сама реакция протекает в условиях полной изоляции.
В результате реакции происходит перераспределение массы. Масса Н, и О, умецы ~зется, а масса Н,О увеличивается. В реакции разложения 2Н,О-~-2Н, + О, масса Н,О уменьшается, а масса Н, и О, увеличивается. Таким образом, в химических реакциях масса должна являться одной нз величин, которые характеризуют состояние системы, т.
е. для 191 химических превращений масса является дополнительной координатой состояния, Процесс перераспределения массы в изолированной системе может произойти только в результате внутренней неравновесности, и возникновение процесса в такой системе воз. можно лишь при существовании неравновесного поля потенциала, который был назван химическим. Неравновесиое поле химического потенциала и является движущей силой химических реакций. В процессе перераспределения массы системы происходит изменение внутренней энергии, энтальпии, энтропии и ряда других функций состояния.
Изменение внутренней энергии в ходе химической реакции может проявляться только в виде теплоты или в виде работы. Так, результатом реакции гремучего газа после выравнивания температур будет отдача теплоты окружающей среде. Это термодинамический процесс. Если же эту реакцию осуществить в цилиндре двигателя, то водяной пар совершит, воздействуя на поршень, определенную работу.
Взяв состояние смеси до сгорания за начальное и состояние водякого пара после расширения в цилиндре за конечное, будем иметь дело с чисто термодинамическим процессом взаимодействия с окружающей средой. Таким образом, химическая реакция может рассматриваться как термодинамический процесс. Из химических процессов для авиационных специалистов наибольший интерес представляют реакции горения (процесс окисления топлив), ибо выделившаяся в процессе горения теплота в двигателях может быть преобразована в механическую работу. ГЛАВА Хч'Ш ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ ТЕРМОДИНАМИКИ В ПРИМЕНЕНИИ К ХИМИЧЕСКИМ ПРОИЕССАМ В химической термодинамике основные законы термодинамики и общие методы исследования применяются для изучения химических процессов.
При этом может быть установлен энергетический баланс химической реакции, направление ее возможного развития, скорость реакции и т, п. й 1. Первый закон термодинамики н применение его к химическим процессам Как известно из главы Ч, количество теплоты, которое подводится к рабочему телу, идет на изменение внутренней энергии н на совершение работы против внешних сил.
Это положение 1-го закона термодинамики записывается в виде равенства При превращении теплоты в работу В помощью простых вещввтв считалось, что они не претерпевали химических превращений. Для $92 ЛУ = 1') + А, (18.1) где Л(7 — убыль внутренней энергии системы; Я вЂ” теплота реакции; А — работа реакции. Таким образом, выделение теплоты в реакции и совершение работы осуществляется за счет изменения внутренней энергии системы. В химической термодинамике принято считать, что: уменьшение внутренней энергии системы положительно, а увеличение внутренней энергии отрицательно; теплота, выделившаяся в результате экзотермической реакции положительна, а поглощенная в результате эндотермической р,- акции, отрицательна.
Таким образом в соответствии с принятым выше — Ь(7 =- — ((7 — (7,) = Г~ + А, илн — г(0 = гЦ + 1(А. Работа реакции складывается из работы расширения илг сжатия Т., отнесенной к! моль, и работ электрических, магнитных, световых н других сил, обозначенных через А„. Следовательно, работа реакции равна А=(.+А„. (18.2) Так как то А= ~ рг((7+А„. (18.3) 7 звк и того чтобы применить это уравнение к химическим процессам, следует учесть, что протекание химических реакций связано с изменением состояния атомов и электронов в молекулах реагирующих веществ. При этом происходит изменение внутренней энергии, которое может проявиться в виде теплоты или работы. Уменьшение внутренней энергии в результате реакции будет соответствовать определенному количеству выделившейся теплоты и совершенной системой работы.
При написании первого закона термодинамики применительно к химическим процессам следует учесть, что: а) в отличие от технической термодинамики все урав.'.1ения, как правило, записываются не для 1 кг, а для 1 кмоль вещества; б) в величину работы входит не только работа расширения или сжатия газа, но и работа в результате действия электрических, световых и других сил, которые могут проявляться в ходе химической реакции. Работа в химической термодинамике обозначается буквой А.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
