ГлавнаяОбщим признаком всех процессов нагрева является подвод теплоты при температуре во много раз превышающей температуру окружающей среды. Эта теплота может быть сообщена путем внешнего обогрева при помощи теплоносителей или ее можно получать в самом теле путем пропускания электрического тока.
Температура источника теплоты и нагреваемого тела может быть как переменной, так и постоянной. Наглядно процесс нагрева можно изобразить в T - S диаграмме.
Количество теплоты нагрева равно площади под линией температуры нагрева (F1234) и определяется величиной равной
При подводе теплоты q, можно осуществить круговой процесс между изотермами Tн и T0. При этом максимальная работа l составит
Из (2.16) следует, что подведенная теплота подразделяется на две части. Одна часть энергии совершает работу, эквивалентую теплоте, используемой для нагрева и является эксергией, подведенной теплоте (eq). Вторая часть энергии в форме теплоты отводится в окружающую среду (Wq).
На рис. 2.3 эксергия нагрева изображена заштрихованной площадкой (F1265). Незаштрихованные площади (F5436) представляют собой часть теплоты нагрева или энергии нагрева, которая не превращается в работу. Ее называют анергией нагрева. Из диаграммы видно, что при нагреве необходимо иметь количество энергии со строго определенной частью эксергии. А также требуются затраты энергии, не способной производить работу.
Количество эксергии, которое содержится в некотором количестве теплоты, подведенном в процессе нагрева, определяется соотношением
если Tн принять постоянной. Это соотношение называется эксергетической величиной или эксергетическим числом энергии.
Процесс нагрева требует затраты энергии, содержащей определенную часть, не способную производить работу. При этом, если в процессах совершения механической работы важна только эксергия, а анергия нежелательный балласт, то процессы нагрева нуждаются в обоих видах энергии, и при этом в точно определенных количествах. Это видно при определении эксергетического числа энергии при условии, что T0 = 273К.
При нагреве до температуры Tн = 293 К 0 = 0,068. Если нагрев осуществляется до 373 К, то 0 = 0,268, а если до 1073 К, то 0 = 0,745.
Представленный расчет показывает, что эксергетическая величина тем больше, чем выше температура Тн. При высоких температурах в процессах нагрева требуется больше эксергии и меньше анергии, чем при низких температурах.
Примером служит процесс нагрева с использованием электрического тока. Энергия электрического тока является чистой эксергией и всю анергию необходимо создать из нее путем необратимых превращений. Возникающие при этом потери дорогостоящей эксергии тем больше, чем меньше 0 процесса нагрева. Поэтому процесс нагрева с использованием электрического тока с точки зрения термодинамики целесообразен при высоких температурах.
Следует отметить, что введение понятия анергия не столь эффективно, как введение понятия эксергия, Анергия может успешно использоваться в термодинамическом анализе только для процесса нагрева при Tн > T0. В остальных случаях термодинамического анализа использование его часто приводит к неопределённым выводам.