Термин «эксергия» в 1956г. ввел югославский ученый З.Рант и образован он из греческих корней «экс» - внешний и «эрг» - работа, действие.
Максимальную полезную работу (работоспособность) в современной ТТД принято наз. эксергией. В данном случае величина - это эксергия источника работы, находящегося в объеме V и обозначается ЕV.
Таким образом: ЕV=(U – Uк) – T0(S – Sк) – p0(Vк – V) , (7.15)
Отсюда следует, что если параметры окр. среды заданы, то эксергию можно рассматривать как функцию состояния рабочего тела.
По аналогии с понятием о максимальной полезной работе изолированной системы (работоспособности) вводится понятие о работоспособности теплоты. Если в изолированной системе, состоящей из двух источников теплоты с температурой Т1 и Т2 (Т1>T2) и рабочего тела, горячий источник отдает q1 теплоты, то максимальная работа, которая может быть получена от этой теплоты, представляет собой работу обратимого цикла Карно, осуществляемого в интервале температур Т1 – Т2. Причем на практике стараются обеспечит равенство Т2=Т0, где Т0 – температура окр. среды.
Следовательно, под работоспособностью теплоты, называемой эксергией теплоты еq понимается максимальная полезная работа, которую возможно извлечь от теплоты q1 при температуре горячего источника Т1 при условии, что холодный источник теплоты находится в термическом равновесии с окр. средой, Т=Т0, т.е.:
, (7.16)
где - термический КПД цикла Карно.
Подчеркнем еще раз, что эксергия е – максимально-возможная полезная работа, которую может произвести данная изолированная система, если процессы, ведущие к установлению равновесия в этой системе, будут протекать обратимо (работоспособность системы). А Lпол. – это работа, которую может произвести та же система в случае необратимости протекающих в ней процессов. Разность этих величин представляет собой потерю эксергии (работоспособности) системы вследствие необратимости процессов, протекающих в ней.
Lпол. – =(U2 – U1) – T0(S 0к– S0) – p0(V – Vк) – (U2– U1)+T0(S – Sк)+p0(V – Vк)=
=T0(S – Sк) – (S0к – S0)=
где - изменение энтропии системы.
Как известно: , (7.17)
Энтропия горячего источника теплоты уменьшается, т.к. этот источник теплоту отдает, а энтропия холодного источника увеличивается. Т.к. при обратимости всех процессов, протекающих в изолированной системе, суммарная энтропия этой системы не изменяется, то увеличение энтропии холодного источника теплоты DSхол. должно быь равно уменьшению энтропии горячего источника DSгор.
Поскольку обратимость всех процессов, протекающих в изолированной системе соответствует случаю получения - энергии теплоты , то для этого случая с учетом DSгор.= DSхол., получаем из (7.17): , (7.18)
Из уравнения (7.18) и (7.17) следует: , (7.19)
Поскольку, как уже отмечалось, энтропия раб. тела в цикле не изменяется, то очевидно, что разность величин представляет собой изменение энтропии всей рассматриваемой изолированной системы. , (7.20)
С учетом этого соотношения получаем из (7.17) уравнение для потери эксергии теплоты вследствие необратимости процессов, протекающих в рассматриваемой изолированной системе в след. виде: , (7.21)
Это уравнение наз. уравнением Гюи-Стодолы.
Уравнение Гюи-Стодолы раскрывает физ. смысл энтропии. Оказывается, что необратимые процессы перехода теплоты с более высокого на более низкий температурный уровень сопровождается потерей работоспособности, т.е. деградацией энергии той системы, в которой они происходят, а соответствующее возрастание энтропии пропорционально этой потере работоспособности.
Потерю эксергии обычно обозначают D – диссипация – рассеяние энергии, т.е.:
, (7.25) Таким образом, энтропию можно рассматривать как параметр состояния замкнутой системы, увеличение которого явл. Количественной мерой потери работоспособности системы, имеющей место при протекании в ней необратимых процессов.