Эксергия

Основываясь на втором начале термодинамики, установим количествен­ное соотношение между работой, кото­рая могла бы быть совершена системой при данных внешних условиях в случае протекания в ней равновесных процес­сов, и действительной работой, произво­димой в тех же условиях, при неравно­весных процессах.

Рассмотрим изолированную систему, состоящую из горячего источника с тем­пературой Т₁, холодного источника (ок­ружающей среды) с температурой Т₀ и рабочего тела, совершающего цикл.

Работоспособностью (или эксергией) теплоты Q₁отбирае­мой от горячего источника с температу­рой Т₁, называется максимальная полез­ная работа L (которая может быть использована по нашему усмотрению, в отличии от полной работы расширения) которая может быть полу­чена за счет этой теплоты при условии, что холодным источником является окру­жающая среда с температурой Т_o.

Из предыдущего ясно, что макси­мальная полезная работа L'_макс теплоты Q₁ представляет собой работу равновес­ного цикла Карно, осуществляемого в диапазоне температур Т₁-Т_о:

L'_макс = η_tQ₁ где η_t = 1- Т_о/Т₁

Таким образом, эксергия теплоты Q₁

L'_макс = Q₁ (1- T_o /T₁) [46]

т. е. работоспособность теплоты тем больше, чем меньше отношение Т_o /Т₁. При Т₁ = Т₀ она равна нулю.

Полезную работу, полученную за счет теплоты Q₁ горячего источника, можно представить в виде L₁ = Q₁ - Q₂,где Q₂ — теплота, отдаваемая в цикле холодному источнику (окружающей сре­де) с температурой T_о.

Если через ΔS_хол обозначить прира­щение энтропии холодного источника, то

Q₂ =T_o ΔS_хол, тогда L' = Q₁ - T_oΔS_хол

Таким образом, потерю работоспо­собности теплоты можно записать как

ΔL = L'_макс – L' = T_o(ΔS_холл - ΔS_гор) но разность (ΔS_холл - ΔS_гор) представляет собой изменение энтропии рассматривае­мой изолированной системы, поэтому

ΔL = T_oΔS_сист [47]

Величина ΔL определяет потерю работы, обусловленную рассеиванием энергии вследствие неравновесности про­текающих в системе процессов. Чем больше неравновесность процессов, мерой, которой является увеличение энтро­пии изолированной системы ΔS_сист, тем меньше производимая системой работа.

Уравнение называют уравне­нием Гюи - Стодолы по имени француз­ского физика М. Гюи, получившего это уравнение в 1889 г., и словацкого тепло­техника А. Стодолы, впервые применив­шего это уравнение.