ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

ТЕРМОДИНАМИКА ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Обозначения1*

G — свободная энергия;

Н — энтальпия;

Q — количество теплоты;

5 — энтропия;

U — внутренняя энергия.

1. Прописные буквы обозначают величину, отнесенную к произвольному количеству вещества или энергии.

I 2. Строчные буквы обозначают величину, отнесенную к единице измерения количества вещества. К примеру, свободная энергия 1 кмоля водорода обозначается gH. g — свободная энергия 1 кг вещества; g — свободная энергия 1 кмоля вещества;

g — свободная энергия 1 кг вещества при атмосферном давлении; g~ — свободная энергия 1 кмоля вещества при атмосферном давлении; gf — энергия образования 1 кмоля вещества;

gj — энергия образования 1 кмоля вещества при атмосферном давлении и температуре, 298 К, т. е. при нормальных условиях.

Некоторым студентам будет полезно перечитать первые страницам гл. 2 для восстановления в памяти таких основных понятий, как внутренняя энергия, энтальпия и энтропия. Здесь мы повторно : іриведем список обозначений термодинамических величин (см. приложение к гл. 2).

7.7.1. Теплота сгорания

Давайте снова обратимся к реакции 2Н2 + 02 -> 2Н20,

в которой атомы водорода соединяется с атомами кислорода, образуя молек> ты воды. При объединении четырех атомов водорода с двумя атомами кислорода образовании двух молекул воды некоторое количество энергии остается в избы ке. Сила, которая связывает атомы в молекуле, имеет электрическую прирол. Тем не менее при прямом взаимодействии водорода с кислородом выделяет только тепловая энергия.

Предположим, что известное количество водорода р введено в калориметр, в котором поддерживается постоянное давление и имеется достаточное количе­ство кислорода. В калориметре начинается реакция, в результате которой вьо ■ ляется определенное количество теплоты Q. Отношение Q/p = hCTOp называете теплотой сгорания водорода в кислородной атмосфере и измеряется в джо> на киломоль. Точное количество выделившейся теплоты зависит от температл как исходных веществ, так и продукта реакции, а также от агрегатного состоян1 последнего. Если вода находится в жидком состоянии, то теплота сгорания bbill чем в случае, когда вода находится в газообразном состоянии, так как в процес се конденсации воды выделяется дополнительное количество теплоты, раві і теплоте конденсации воды. Как уже пояснялось в гл. 3, все топлива, имеют в своем составе водород, характеризуются двумя значениями теплоты сгоранч высшей теплотой сгорания, когда продуктом является вода в жидком состоян і и низшей теплотой сгорания, когда вода образуется в виде пара.

В силу того что реакция протекает при постоянном давлении, количеств выделившейся теплоты равно изменению энтальпии системы АН (см. опреде ление энтальпии в гл. 2):

Q = АН.

Количество теплоты больше нуля, если теплота подводится к системе, как случае тепловой машины. В экзотермических реакциях Q < 0, а следователь ' и АН < 0 .

Обратим внимание на договоренность о знаке, которая здесь использует Для того, чтобы остаться в рамках договоренности, принятой в гл. 2, энер X ""ex, которая подводится к системе, считается положительной; энергия, к торая отводится от системы ^ И^ых — отрицательной. Значит уравнение энер­гетического баланса выглядит следующим образом:

(Зь>

yw + у W = 0.

Aj ВХ Zj вых

Энтальпия, как и любая другая энергетическая характеристика, не имеет аб­солютного значения; измерить можно только ее изменение. Поэтому мы може •

положить значения энтальпии исходных веществ произвольными. По догово­ренности энтальпия всех элементов в их естественном состоянии при темпера­туре 298,15 К принимается равной нулю. Это значит, что энтальпия газов Н2и О, при температуре 298,15 К равна нулю, а энтальпия атомарных водорода и кислорода — не равна.

Разность между значениями энтальпии продуктов реакции и исходных веществ называется энтальпией образования продуктов АНf. Если и исходные вещества, и продукты реакции находятся при нормальных условиях1*, то энтальпия обра - ювания называется стандартной AH°f.

р 3ь20О 300 400 эОО

Температура, К

ей

3

Ж

d

*

стЗ

Рн

Ю

О

о

о.

0$

с

d *

н

с

Для приблизительных расчетов скрытая теплота парообразования может считаться постоянной. Однако в действительности эта величина зависит от температуры: как можно видеть на рисунке, при увеличении температуры значение теплоты парообра­зования уменьшается.

В эксперименте с калориметром были получены следующие значения для энтальпии образования воды:

Н90 (пар) h} =-241,8 МДж/кмоль, (39)

^ J пар

Н90 (жидкость) h°f =-285,9 МДж/кмоль. (40)

" J ЖИЛХ

Индексы «пар» и «жидк» обозначают агрегатное состояние воды, которая явля­ется продуктом реакции Разность между значениями энтальпии образования жидкой воды и пара составляет -44,1 МДж/кмоль и равна скрытой теплоте конденсации воды Аконд. Очевидно, что /7коид = йпарообр, где Лпарообр - скрытая теплота парообразования.

ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

РАБОТА

Выше мы говорили о том, что газ, находящийся в цилиндриче­ском сосуде с поршнем, может совершать работу. Какова эта работа? Сила, действующая на поршень со стороны газа, равна рА, где А …

ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ

Подведем некоторое количество Q теплоты к газу, находящему- ■ : цилиндре с адиабатическими стенками и поршнем внутри, который может ■сремещаться без трения. Наличие адиабатических стенок означает, что тепло - р …

УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛОЕМКОСТЬ ПРИ ПОСТОЯННОМ ОБЪЕМЕ

При изменении температуры некоторого фиксированного коли­чества газа будет меняться его внутренняя энергия. Если при этом объем газа остается постоянным (например, газ помещен в сосуд с жесткими стенками), то изменение его …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.