6.5. Работа изменения давления. Энтальпия

Кроме понятия «работа изменения объема», в термодинамических расчетах широко используют понятие «работа изменения давления».

Работой изменения давления называется работа перемещения жидкостей, газов и паров из области высокого давления () в область низкого давления (). Ее значение определяют либо по формулам:

,                             (6.7)

,                              (6.8)

либо графически, пользуясь -диаграммой.

Здесь W – работа изменения давления; V – средний объем; w – удельная работа изменения давления; v – средний удельный объем.

Графически удельная работа изменения давления определяется площадью 1234 на -диаграмме (рис. 6.3), ограниченной осью ординат и двумя абсциссами , проведенными из крайних точек линии процесса.

В результате замены этой площади (пл.) равновеликой ей площадью прямоугольника 3456 высотой, равной разности , и основанием, равным среднему удельному объему газа (v) в процессе, устанавливаем, что

пл. 1234 = пл. 3456 = .

Работа изменения давления положительная, если  > , и отрицательная, если  < .

Найдем связь между удельными работами изменения объема (l) и изменения давления (w). Пусть на -диаграмме линия 1 – 2 изображает процесс произвольного состояния рабочего тела (рис. 6.4). В этом случае пл. 1234 (заштрихованная вертикальными линиями) графически изображает удельную работу изменения объема (l) ,а пл. 1256 (заштрихованная горизонтальными линиями) – удельную работу изменения давления (w).

Рис. 6.3. PV-диаграмма

Рис. 6.4. PV-диаграмма

Из рисунка 6.4 видно что

пл. 1234 + пл. 6140 – пл. 5032 = пл. 6125

или

,

откуда

.                           (6.9)

После подстановки удельной работы изменения объема, определенной по формуле (6.9), в уравнение первого начала термодинамики (6.2) имеем:

.

Сгруппируем слагаемые последнего выражения следующим образом:

.                      (6.10)

Введем обозначение:

.

Величина h называется удельной энтальпией, и поскольку ее определяют три параметра состояния, то и сама она является параметром состояния.

Подставив значения h в формулу (6.9) ,получим еще один вид уравнения первого начала термодинамики:

.                        (6.11)

Значения удельной энтальпии определяют по справочникам.

Физический смысл величины h можно выяснить путем исследования уравнения (6.11), записанного в дифференциальной форме:

.

При p = const имеем:

,

т.е. dh есть элементарное количество теплоты, подведенное к термодинамическому телу в процессе при постоянном давлении.