Природный газ

В мировом производстве природный газ уже заменяет ежедневное потребление 28 млн. баррелей нефти. В странах мира, за исключением США, использование природного газа возросло в 80-ые годы на 80%; однако, лидером оказался бывший Советский Союз, на долю которого приходились 43% мирового запаса этого ценного вида топлива. В настоящее время запасы природного газа в мире приблизительно равны запасам нефти, однако они истощаются в два раза медленнее. Специалисты из Международного банка реконструкции и развития считают, что в перспективе для большинства стран третьего мира природный газ станет более важным энергоносителем, чем нефть. Расширение масштабов поиска новых месторождений газа, разработка новых технологий его добычи и более эффективное использование придадут вскоре этому источнику энергии ведущее значение в мировой энергетической системе.

5) Внутренняя энергия , работа расширения. I закон термодинамики

Первый закон термодинамики гласит, (4 разные формулировки) что :

• Энергия не может быть создана или уничтожена (закон сохранения энергии), она лишь переходит из одного вида в другой в различных физических процессах. Отсюда следует, что внутренняя энергия изолированной системы остается неизменной.
• Количество теплоты, полученное системой, идет на изменение ее внутренней энергии и совершение работы против внешних сил.
• Изменение внутренней энергии системы при переходе ее из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил и количества теплоты, переданной системе и не зависит от способа, которым осуществляется этот переход.
• Изменение внутренней энергии неизолированной термодинамической системы равно разности между количеством теплоты, переданной системе, и работой, совершенной системой над внешними силами. Первый закон термодинами гласит, что энергия не может быть создана или уничтожена. Таким образом, энергия системы (замкнутой) - постоянна. Тем не менее, энергия может быть передана от одного элемента системы другому. Рассмотрим замкнутую систему, изолированную от остальных. Передача энергии между различными подсистемами в ней может быть описана как :

E₁ = E₂

где

E₁ = начальная энергия

E₂ = конечная энергия

Внутрення энергия включает :

• Кинетическую энергию движения атомов
• Потенциальную энергию хранящуюся в химических связях

o Гравитационную энергию системы

Первый закон является основой для термодинамической науки и инженерного анализа.

Базируется на возможных типах обмена (энергии), ниже приведены 3 типа систем:

• пред - изолированные системы (isolated systems): отсутствует обмен элементами системы или энергией
• закрытые системы (closed systems): отсутствует обмен элементами системы, но присутствует некоторый обмен энергией
• открытые системы (open systems): возможен обмен как элементами системы, так и энергией

Первый закон термодинамики помогает использовать ключевые концепции внутренней энергии (internal energy), тепла (heat), и работы системы (system work). которые широко используются в описании тепловых систем (heat engines).

• Внутренняя энергия ( Internal Energy) - Внутренняя энергия определяется как энергия случайных, находящихся в неупорядченном движении молекул. Энергия молекул находится в диапазоне от высокой, необходимой для движения, до заметной лишь с помощью микроскопа энергии на молекулярном или атомном уровне. Например, у стакана с водой комнатной температы, стоящего на столе нет, на первый взгляд, никакой энергии: ни кинетической, ни потенциальной относительно стола. Но, с помощью микроскопа становится заметна "бурлящая" масса быстро двигающихся молекул. Если выплеснуть воду из стакана, эта микроскопическая энергия не обязательно заметно изменится, когда мы усредним добавленную кинетическую энергию на все молекулы воды.
• Тепло - Тепло может быть определено, как энергия, передаваемая от объекта с более высокой температурой к объекту с менее высокой температурой. Сам по себе объект не обладает "теплом"; соответствующий термин для микроскопической энергии объекта - внутренняя энергия. Внутренняя энергия может увеличиваться путем переноса энергии к объекту от объекта, имеющего температуру выше - этот процесс называется нагревом.
• Работа - Когда работа совершается термодинамической системой (чаще всего это газ, который совершает работу), то работа совершенная газом при постоянном давлении определяется как : W = p dV, где W - работа, p - давление, а dV -изменение объема.
  В случаях когда давление не является постоянным, работа может быть представлена интегральным образом, как площадь поверхности под кривой в координатах давление, объем, которые представляют происходящий процесс.

Изменение внутренней энергии системы равно теплу (добавленному системе) минус работа, совершенная системой

dE = Q - W

где

dE = изменение внутренней энергии

Q = добавленное тепло

W =работа системы

1й закон не дает информации о характере процесса и не определяет конечного состояния равновесия. Интуитивно мы понимаем, что энергия переходит от объекта с более высокой температурой к объекту с менее высокой температурой. Таким образом, 2й закон нам нужен для получения информации о характере процесса.

6 Теплоемкость, энтальпия и энтропия. II закон термодинамики