До сих пор мы имели дело только с замкнутыми системами, в

которых рассматривалась некая фиксированная масса газа. Многие устройства, например, такие как турбина, являются открытыми системами, через которые проходит поток газа. Вместо того, чтобы фиксировать свое внимание на задан­ной массе газа, мы должны рассматривать заданный объем, через который про­ходит поток газа, претерпевающий некоторые термодинамические изменения. Для того чтобы вычислить изменение энергии, происходящее в такой открытой системе, мы должны вычислить энергию, приносимую в нее потоком, и энер­гию, уносимую из нее.

Для того чтобы создать поток в открытой системе, изображенной на рис. 2.3, представим себе некий (воображаемый) поршень, создающий давление р и про­талкивающий объем газа V через наше устройство. Поршень создает силу рА и, толкая газ, перемещается на расстояние L, совершая при этом работу pAL = pV. Энергия, вводимая в устройство, равна рвх Vm. На выходе из устройства газ уно­сит энергию, равную рвыхУшх- Тогда энергия, накопленная в устройстве, равна Рвх Кх ~ Р]вых Кых - Если при этом газ изменил свою внутреннюю энергию, то пол­ная работа, совершенная устройством, выражается как

W = A(pV) + AU = A(pV + U)= АН.

Предполагается, что устройство является адиабатическим (т. е. нет теплооб­мена с внешней средой через стенки устройства).

Сумма pV + Uчасто используется в термодинамике, и определяемая с ее по­мощью величина называется энтальпией

Н = U + pV.

Величины Н, U и pV, будучи энергетическими характеристиками, являются относительными, т. е. они могут быть отсчитаны от некоего произвольного уров­ня. Их абсолютные значения не столь важны. Наибольший интерес представляет

изменение этих величин:

АН = AU = A[pV) = AU + pAV + V/Ар.

При постоянном давлении АН есть просто AU + pAVw, следовательно, равно теплу AQ. которое вводится в систему,

AH=AU+pAV= AQ. (65)

По этой причине энтальпию иногда называют теплосодержанием. Эта вели­чина, как правило, используется в химии, потому что зачастую реакции проте­кают в открытых сосудах, т. е. при постоянном давлении.

Из уравнения (12) следует (в расчете на 1 кмоль)

Д U = J с(, d 7

Используя уравнение состояния для идеального газа (также на 1 кмоль) и мнение (64) получаем

т т т т

АН = AU + A(pV) = AU + A(RT)= j cvdT + Rj dT = j (cv ^ R)dT = j cpdT.

To? o Г0 Г„

(67)

Сопоставьте уравнения (66) и (67).