Теоретические основы преобразования энергии в тепловых двигателях

Таким образом, если газ находится в среде с  давлением  , то с любым состоянием его связана некоторая энергия , получившая название энтальпии газа в данном состоянии. Выражение энтальпии для 1 кг газа (т. е. удельной энтальпии) имеет вид

82. .
83. Следовательно, удельная энтальпия, будучи зависимой от параметров состояния ,  и , также является параметром состояния. Поэтому изменение , как и изменение , не зависит от характера процесса, а определяется только начальным и конечным состояниями, т. е.
84. .
85. Как однозначная функция состояния удельная энтальпия может быть представлена в виде функции любой пары основных параметров состояния.
86. Удельная энтальпия идеального газа, как и его удельная внутренняя энергия, является функцией только температуры. Действительно:
88. Удельная энтальпия, как и удельная внутренняя энергия, выражается в джоулях на килограмм (Дж/кг).
89. Энтропия. Кроме рассмотренных параметров, в термодинамике широко используется еще один калорический параметр состояния — энтропия , введенный Клаузиусом в 1865 г. при анализе круговых процессов.
90. Энтропия — параметр состояния, дифференциал которого равен отношению бесконечно малого количества теплоты  в элементарном обратимом процессе к абсолютной температуре , постоянной на бесконечно малом участке процесса, т. е.
91.  
92. Если количество теплоты отнести к 1 кг вещества ( ), то получим удельную энтропию
94. которая выражается в джоулях на килограмм-кельвин [Дж/(кг • К)]. 
96. 1.5.Законы идеальных газов
97. 1.5.1.Закон Бойля-Мариота
98. Бойль в 1662 году и Мариот в 1676 году обнаружили, что при   .
99. 1.5.2.Закон Гей-Люссака
100. Гей-Люссак в 1802 году опытным путём установил, что при  
101. 1.5.3.Закон Авогадро
102. В 1811 году Авогадро выдвинул гипотезу: одинаковые объёмы различных газов при одинаковых физических условиях содержат одинаковые количества молекул. Эта гипотеза, став после её доказательства законом, приводит к одному важному следствию, согласно которому при одинаковых физических условиях для любых газов произведение молекулярной массы газа на его удельный объём есть величина постоянная, т. е. .
103. Напомним, что молекулярной массой называется количество вещества в граммах, численно равное его молекулярной массе. Например, молекулярная масса углерода равна 12 граммам, а кислорода - 32 граммам.
104. Произведение  представляет собой объём одного моля газа, который при нормальных физических условиях равен 22,4 м³.
105. Отметим, что нормальным физическим условиям соответствуют 760 мм рт. ст. и 0 ⁰С, а нормальным техническим условиям - 735 мм рт. ст. и 10 ⁰С. 
107. 1.6.Уравнение состояния
108. Сопоставление законов Бойля-Мариота и Гей-Люссака приводят к обобщённому закону Бойля-Гей-Люссака:
109. ,
110. где  - характеристическая постоянная идеального газа (при нормальных физических условиях , где  - плотность при нормальных физических условиях).
111. Это уравнение, полученное Клайпероном в 1834 году, называется уравнением состояния идеальных газов или уравнением Клайперона. 
113. 1.7.Работа изменения объёма газа
114. Выше отмечалось, что любое изменение состояния рабочего тела, которое происходит в результате его энергетического взаимодействия с окружающей средой, представляет собой термодинамический процесс. В общем случае энергообмен в термодинамическом процессе может осуществляться посредством работы L либо теплоты Q. Работа и теплота являются энергетическими характеристиками термодинамического процесса.
115. Механическая работа против внешних сил, связанная с изменением объема, определяется выражением
116. ,
117. а удельная работа, т. е. работа, отнесенная к 1 кг вещества,— выражением
118. ,
119. где  — абсолютное давление (потенциал механического взаимодействия),  — удельный объем (координата механического взаимодействия).
120. Для конечного процесса, при котором объем изменяется от  до , общее выражение удельной термодинамической работы следует записать так:

В общем случае давление  — величина переменная, зависящая от . Для определения интеграла должна быть известна зависимость между  и  в данном процессе, т. е. надо знать уравнение процесса . Графически эта зависимость может быть изображена в -координатах кривой 1-2 (рис. 1.2).

123. Очевидно, численно удельная работа будет зависеть от характера кривой процесса и изображается в -координатах площадью, ограниченной кривой процесса, двумя ординатами и осью абсцисс.
124. При вычислении интеграла обнаруживается, что если объём рабочего тела уменьшается, то величина интеграла отрицательна, и наоборот. Поэтому если рабочему телу сообщается потенциальная энергия путём его сжатия, то работа изменения объёма есть величина отрицательная. Если же рабочее тело совершает работу расширяясь, то работа изменения объёма - положительна.