Энтальпия; что это такое простыми словами
При работе с какими-либо расчётами, вычислениями и выполнении прогноза разнообразных явлений, связанных с теплотехникой, каждый сталкивается с понятием энтальпия. Но для людей, специальность которых не касается теплоэнергетики или которые лишь поверхностно сталкиваются с подобными терминами, слово «энтальпия» будет наводить страх и ужас. Итак, давайте разберёмся, действительно ли всё так страшно и непонятно?
Если попытаться сказать совсем просто, под термином энтальпия понимается энергия, которая доступна для преобразования в теплоту при некотором постоянном давлении. Понятие энтальпия в переводе с греческого значит «нагреваю». То есть формулу, содержащую элементарную сумму внутренней энергии и произведенную работу, называют энтальпией. Эта величина обозначается буквой i.
Если записать вышесказанное физическими величинами, преобразовать и вывести формулу, то получится i = u + pv (где u – внутренняя энергия; p, u – давление и удельный объем рабочего тела в том же состоянии, для которого взято значение внутренней энергии). Энтальпия — аддитивная функция, т. е. энтальпия всей системы равна сумме всех составляющих её частей.
Термин «энтальпия» сложен и многогранен.
Но если постараться в нём разобраться, то всё пойдёт очень просто и понятно.
- Во-первых, чтобы понять, что же такое энтальпия, стоит узнать общее определение, что мы и сделали.
- Во-вторых, стоит найти мпеханизм появления этой физической единицы, понять, откуда она взялась.
- В-третьих, нужно найти связь с другими физическими единицами, которые неразрывно с ними взаимосвязаны.
- И, наконец, в-четвёртых, нужно посмотреть примеры и формулу.
Ну, что же, механизм работы понятен. Вам лишь нужно внимательно читать и вникать. С термином «Энтальпии» мы уже разобрались, также привели и его формулу. Но тут же возникает ещё один вопрос: откуда взялась эта формула и почему энтропия связана, к примеру, с внутренней энергией и давлением?
Суть и смысл
Для того, чтобы попытаться выяснить физический смысл понятия «энтальпия» нужно знать первый закон термодинамики:
энергия не исчезает в никуда и не возникает из ничего, а лишь переходит из одного вида в другой в одинаковых количествах. Таким примером может служить переход теплоты (тепловой энергии) в механическую энергию, и наоборот.
Уравнение первого закона термодинамики нам нужно преобразить в вид dq = du + pdv = du + pdv + vdp – vdp = d(u + pv) – vdp. Отсюда мы видим выражение (u + pv). Именно это выражение и называется энтальпией (полная формула приводилась выше).
Энтальпия также является величиной состояния, потому что составляющие u (напряжение) и p (давление), v (удельный объём) имеют для каждой величины определенные значения. Зная это, первый закон термодинамики возможно переписать в виде: dq = di – vdp.
В технической термодинамике используются значения энтальпии, которые высчитываются от условно принятого нуля. Все абсолютные значения этих величин весьма трудно определить, так как для этого необходимо учесть все составляющие внутренней энергии вещества при изменении его состояния от О к К.
Формулу и значения энтальпии привёл в 1909 г. учёный Г.Камерлинг-Оннесом.
В выражении i — удельная энтальпия, для всей массы тела полная энтальпия обозначается буквой I, по всемирной системе единиц энтальпия измеряется в Джоулях на килограмм и рассчитывается как:
Функции
Энтальпия («Э») является одной из вспомогательных функций, благодаря использованию которой можно значительно упростить термодинамический расчёт. Так например, огромное количество процессов подвода теплоты в теплоэнергетике (в паровых котлах или камере сгорания газовых турбин и реактивных двигателей, а также в теплообменных аппаратах) осуществляют при постоянном давлении. По этой причине в таблицах термодинамических свойств обычно приводят значения энтальпии.
Условие сохранения энтальпии лежит, в частности, в основе теории Джоуля — Томсона. Или эффекта, нашедшего важное практическое применение при сжижении газов. Таким образом, энтальпия есть полная энергия расширенной системы, представляющая сумму внутренней энергии и внешней – потенциальной энергии давления. Как любой параметр состояния, энтальпия может быть определена любой парой независимых параметров состояния.
Также, исходя из приведённых выше формул, можно сказать: «Э» химической реакции равна сумме энтальпий сгорания исходных веществ за вычетом суммы энтальпий сгорания продуктов реакции.
В общем случае изменение энергии термодинамической системы не является необходимым условием для изменения энтропии этой системы.
Итак, вот мы и разобрали понятие «энтальпии». Стоит отметить, что «Э» неразрывно связана с энтропией, о которой вы также можете прочесть позже.
Экологи из Иркутской области сообщают о ЧП на водном объекте, несущим свои воды в озеро в Байкал
Экологи из Иркутской области сообщают о ЧП на водном объекте, несущим свои воды в озеро Байкал. Сообщает корреспондент «ЭкоГрада» Любовь Аликина ссылаясь в свою очередь на информацию от эколога Марию Перцулу. По словам Перцулы, в реку Похабиха произошел сброс неочищенных стоков от очистных сооружений города Слюдянка. Сброс опасных стоков сопровождается выделением в атмосферу неприятных запахов. На одном из видео зафиксирована значительная популяция спирогиры
Мария Перцула: Здравствуй СПИРОГИРА. Слюдянка. Прогулка на Байкал неприятно удивила «новой» рекой Похабиха, где она втекает в Байкал. В прошлом году ни чего подобного не было, в январе тоже, на устье сидели рыбаки. А сегодня увидели и осязали зрелище. Ядовитая вонь в воздухе началась после того, как прошли трубу с очистных, которая выходит в речку Похабиха. Когда подошли к месту, где река впадает в Байкал, увидели зелёные водоросли и чёрные воды, впадающие в озеро. Всё прекрасно видно на втором видео. Первое видео, это река до трубы очистных, чистая и прозрачная, как обычно. Что происходит на очистых? Что сливают в Похабиху? Как долго это происходит?
Местные экологи утверждают, что сброс от очистных сооружений Слюдянки происходит систематично, в течении прошедшего года, но, в том числе из-за ограничительных мер пандемии на него практически никто не обратил внимание. Экологи также утверждают, что за прошедший год количество спирогиры в окрестностях Слюдянки увеличилось значительно.
Спирогира – разновидность нитчатых харофитовых водорослей из семейства зигнемовых. Представляет собой неветвящуюся нить, состоящую из одного ряда цилиндрических клеток величиной до 0,01 мм. Каждая клетка спирогиры находится в целлюлозной стенке, покрытой слизью. Водоросль легко распознать по спирально закрученным хлоропластам.
Открытие этого вида нитчатки произошло почти два столетия назад. Спирогира является одной из самых распространенных водорослей и встречается в пресных (реже в солоноватых) водах по всему миру. Она образует большие ватообразные скопления, которые плавают на поверхности воды, стелются по дну или смешиваются с тиной в озерах, болотах, прудах, ручьях и других видах водоемов.
Чем она опасна для экологии Байкала?
1. Вытесняет байкальских эндемиков.
Из-за большого количества цветущей нитчатки на дне озера (спирогира обнаружена даже на глубине в 40 метров), вытесняются некоторые виды микроорганизмов. Например, коренные обитатели Байкала – брюхоногие моллюски. После появления в озере спирогиры их число значительно уменьшилось. Она уничтожает байкальских губок-эндемиков, благодаря которым вода в озере остается кристально чистой. Также она занимает места нерестилищ бычка желтокрылки, которым питается байкальский омуль.
В некоторых районах берега Байкала покрыты толстым слоем сгнившей спирогиры. Это существенно сказывается на качестве воды – она становится непригодной для употребления людьми и животными. Чтобы очистить пляж от водоросли, требуется немало усилий. Приходится копать почти на 30 сантиметров в глубину. Рыбалка также становится практически невозможной. Густая тина заполоняет лодки и сети.
На сегодняшней день изучением байкальской спирогиры активно занимаются ученые из Лимнологического института СО РАН. Пока исследователи не пришли к единому мнению, представляет ли спирогира реальную угрозу для озера или же перечисленные последствия являются результатом совокупности многих факторов. Но уже сейчас неблагоприятные последствия распространения водоросли очевидны.
Какова причина распространения нитчатой водоросли?
Одни полагают, что причиной размножения спирогиры стали благоприятные для нее теплые погодные условия, которыми характеризовался один из сезонов на Байкале. Однако с наступлением холодов количество нитчатки ничуть не уменьшилось. Ледяная вода не стала препятствием для образования густой зеленой пелены на озере.
Другие связывают заполонение воды спирогирой с резким ухудшением экологической обстановки в районе Байкала. Очистные сооружения, установленные в окрестностях, давно устарели и не справляются со своей задачей. Оборудование нуждается в срочной модернизации.
Кроме того, из года в год проблемы с экологией усугубляют незаконные свалки и нелегальные застройки. Туристическая инфраструктура и частный сектор тоже оказывают неблагоприятное влияние на и без того ухудшающуюся обстановку.
Похабиха — река в Слюдянском районе Иркутской области. Длина — около 25 километров. Впадает в озеро Байкал на территории Слюдянского муниципального образования.
Журнал «ЭкоГрад» просит считать данную публикацию публичным обращением в Росприроднадзор, Роспотребнадзор в Байкальскую межрегиональную природоохранную прокуратуру с просьбой проведения компетентной проверки сообщения от экологов из Слюдянки о сбросе неочищенных вод от очистных сооружений в озеро Байкал.
