การบินและแรงยก Flight and Lift
แสดงสายกระแสรอบปีกเครื่องบิน
เครื่องบินทั่วๆไปรวมทั่งเครื่องบิน เฮลิคอร์ปเตอร์ ตลอดไปจนถึง นก อาศัย แรงดัน บรรยากาศที่ได้มาจตาหลักการของ สมการเบอร์นูลลี หรือตามหลักการของ ปรากฏการณ์ เบอร์นูลลี นอกจากเครื่องบินและนก เรือต่างๆ เช่น เรือไฮโดรฟอยล์ เรือฮเวอร์คราฟท์ หรือแม้แต่เรือใบหาปลายังได้อาศัยยังได้อาศัยปรากฏการณ์เบอร์นูลลีที่เป็นการทำกิริยาระหว่างเรือกับน้ำ อีกทั้งวัตถุ โปรเจกไตล์ เช่น ลูกกอล์ฟ ลูกฟุตบอลที่สามารถ เลี้ยว โค้ง หรือ ไซ้โค้ง ได้อย่างน่าประหลาด สามรถอธิบายตามสมการเบอร์นูลลีได้ว่า การที่ปีกของเครื่องบินถูกออกแบบให้พื้นที่ผิวด้านบนเป็นผิวโค้งออก ทำให้กระแสอากาศเหนือปีกเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงกว่ากระแสอากาศใต้ปีก ในรูปแสดงสายกระแสด้านบนอยู่ชิดกันมากกว่ากระแสอากาศใต้ปีก ตามหลักของสมการเบอร์นุลลีความดันใต้ปีกมีค่ามากว่าทำให้เกิดแรงยกที่ปีกและเครื่องบินทั้งลำลอยตัวอยู่ในอากาศได้ทั้งนี้สอดคล้องกับหลักการณ์ และทฤษฏีกฎข้อสามของ นิวตัน กล่าวคือ จากการทำกิริยาระหว่างปีกเครื่องบินกับอากาศ กระแส อากาศ ผลักปีนขึ้นด้านบนยกเครื่องบินให้ลอยอยู่ในอากาศได้
หลักการของปาสคาล ( Pascal’principle)
“ เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงความดันเกิดขึ้นที่ส่วนหนึ่งส่วนใดของไหล ความดันที่เปลี่ยนแปลงนั้นจะ ถ่ายทอด ไปยังของไหลโดยรอบทั่วๆ ทุกส่วนของของไหลด้วยค่าที่เท่ากันตลอด” จากหลักการนี้ทำให้เราทราบว่า เมื่อเราเพิ่มความดันที่จุดไหนของภาชนะปิดก็ตาม ของเหลวทุกจุดภายในภาชนะปิดนี้ก็จะมีความดันเพิ่มขึ้นตามไปด้วย ดังแสดงตัวอย่างในรูปที่ 9.6 ถ้าเราออกแรง F1 กระทำต่อพื้นที่ A1 ทำให้เกิดความดัน P1 ทุกๆจุดในภาชนะปิดก็จะมีความดันเพิ่มขึ้นอีก P1 ถ้าเช่นกัน และถ้า P2 เป็นความดันที่เกิดขึ้นกับพื้นที่ A2 ซึ่งอยู่ในระดับความสูงเดียวกันกับ A1
- ดังนั้น P1 = P2
- และ

- และ

การกระจายความดันในของเหลวที่อยู่ในภาชนะปิด
จากหลักของปาสคาลทำให้เรารู้ว่า ถ้า A1 มีขนาดเล็กกว่า A2 เมื่อเราออกแรก F1 จะทำให้เกิดแรงดัน F2 ที่มีขนาดมากกว่า F1 เราใช้หลักการนี้สร้างเครื่องกลผ่อนแรงที่เรียกว่า ไฮโดรลิค (Hydraulic ) ดังแสดงในรูปที่ 9.9 ความดันภายนอกที่กระทำต่อของไหลซึ่งกักตัวอยู่ในภาชนะจะทำให้ความดันเพิ่มขึ้นที่จุดทุกจุดในของไหลด้วยจำนวนเท่ากับความดันที่ใช้นั้น ข้อสรุปนี้อาศัยพื้นฐานบนข้อเท็จจริงที่ว่า ของเหลวอัดตัวไม่ลงดังนั้นแรงใดๆจะถ่ายทอดโดยตรงไปยังผิวภาชนะทุกส่วนกฎข้างต้นนี้รวบรวมขึ้นในกลางคริสต์ศตวรรษที่ 17 โดย พาสคาลซึ่งการค้นพบนี้ทำให้พาสคาลร่ำรวยขึ้น เนื่องจากพาสคาลท้าพนันกับชาวพื้นเมือง ฝรั่งเศส ว่าเขาสามารถระเบิดถัง เหล้า องุ่นที่แข็งแรงที่สุดด้วยการเทเหล้าองุ่นลงไปเพียงถ้วยเดียว ไม่มีใครเชื่อว่าเขาจะทำได้ ดั้งนั้นการต่อรองจึงสูงมาก ปรากฏว่าเขาสามารถทำถึงเหล้าองุ่นให้แตกได้จริงด้วยการเทเหล้าองุ่นเติมเข้าไปในหลอดเล็กและยาวที่สอดไว้กับถังเหล้าในแนวดิ่ง เพราะว่านักคณิตศาสตร์ชาวฝรั่งเศสผู้นี้ทราบดีว่า ความสูง h ของเหล้าในหลอดจะทำให้ความดันเพิ่มขึ้นจนถึงแตกได้ ประโยชน์สมัยใหม่ของหลักของ พาสคาล คือ เบรก ไฮดรอลิก และเครื่องอัดไฮดรอลิก เป็นต้น รูปที่ 9.10 แสดงเครื่องอัดไฮดรอลิกซึ่งประกอบด้วยกระบอกสูบ 2 อัน ( พื้นที่ภาคตัดขวาง A1 และ A2 ) บรรจุของเหลวไว้ ออกแรง F1 น้อยๆจะได้แรก F2 ออกมาขนาดมาก

นี่คือหลักพื้นฐานของการทำงานของแม่แรงไฮดรอลิกที่ใช้รถยนต์ตามสถานีบริการน้ำมัน ซึ่งในที่นี้ความดัน

- ได้จากการอัดอากาศ เบรกไฮดรอลิกของรถยนต์ก็ได้หลักการเดียวกัน
แรงลอยตัวและหลักของอาร์คิมิดิส(Buoyant force and Archimedes’ principle)
สมบัติอย่างหนึ่งของของไหล คือ เมื่อวัตถุจมในของไหล น้ำหนักของวัตถุจะลดลง และบางครั้งวัตถุสามรถลอยบนของไหลได้ นั้นแสดงว่ามีแรงที่ของไหลกระทำต่อวัตถุในทิศทางที่ตรงข้ามกับทิศของน้ำหนักของวัตถุซี่งปรากฏการณ์ดังกล่าวจะสังเกตเห็นได้ชัดในกรณีที่ของไหลกลายเป็นของเหลว และ อาร์คิมิดิส ( Archimedes) เป็นผู้พบสมบัตินี้ของของไหล และแถลงออกมาเป็น หลักของอาร์คิมิดิส ซึ่งกล่าวว่า “เมื่อวัตถุจมหรือหลอยอยู่ในของเหลว จะถูกแรงเนื่องจากของเหลวกระทำต่อวัตถุ มีทิศทางตรงข้ามกับน้ำหนัก ขนาดเท่ากับน้ำหนักของเหลวที่มีปริมาตรเท่าส่วนที่วัตถุจมในของเหลว หรือเท่ากับน้ำหนักของของเหลวที่ถูกแทนที่ด้วยวัตถุ” เรียกแรงนี้ว่า แรงลอยตัว (Buoyant force: FB) ซึ่งแรงนี้เป็นแรงที่เกิดจากแรงดันลัพธ์เนื่องจากของเหลวกระทำต่อวัตถุที่อยู่ในของเหลว
พิจารณาวัตถุทรงกระบอกที่มีพื้นที่หน้าตัด A สูง h จมอยู่ในของเหลวที่มี ความหนา p พื้นที่หน้าตัดด้านบนและด้านล่างอยู่ลึกจากผิวของเหลวเป็นระยะ h1 และ h2 ตามลำดับ (จากรูปตัวอย่าง) แรงดันที่ผนังด้านข้าง F3 และ F4 มีขนาดเท่ากันตามทิศทางตรงข้าม
แรงดันกดลงบนที่ผิวด้านบน

แรงดันพิ้นที่ผิวด้านล่าง

ซึ่งมีค่ามากกว่าแรงดันด้านบน (F1) ทั้งนี้เนื่องมาจากความดันที่มีค่ามากกว่า จะได้ว่า แรงลัพธ์มีค่าเป็น
แรงที่กระทำต่อวัตถุที่จมอยู่ในของเหลว
จากรูป
มีทิศขึ้น


- เท่ากับ

- เมื่อ

- เมื่อ mg = น้ำหนักของของเหลวที่ถูกแทนที่ด้วยวัตถุ
- จาก FB = น้ำหนักของของเหลวที่ถูกแทนที่ด้วยวัตถุ
V่jom = ปริมาตรของวัตถุที่จมในของเหลว(m3)
- นั่นคือ

การหาความดันภายในฟองสบู่หรือหยดของเหลวจากความตึงผิวของของเหลว
พิจารณาฟองสบู่มีรัศมี R ความตึงผิว γ ความดันอากาศภายในฟองสบุ่ P และความดันภายนอกคือ ความดันอากาศ Pa ดังรูป
เมื่อผ่าฟองสบู่ แรงตึงผิวมีทิศขนานกับผิวฟองสบู่มีผิวสัมผัสกับอากาศ 2 ผิว คือ ผิวนอกและผิวใน ความยาวของผิวสัมผัสเป็นรูป วงกลม จะได้
- Fγ=
=
=
แต่แรงดัน
- FP=
πR2
เมื่อฟองสบู่อยู่ในสภาพสมดุลแรงทั้งสองมีขนาดเท่ากันแต่ทิศตรงข้าม จะได้
- (P - Pa)πR2 =


สำหรับหยดของเหลว ผิวที่ขาดจะมีผิวนอนเพียงผิวเดียว


- เมื่อ P = ความดันภายในของของเหลวทรงกลม (Pa)
- Pa= ความดันบรรยากาศ (Pa)
- γ= ความตึงผิว ของเหลว (N/m)
- R=รัศมีของหยดของเหลวหรือ ฟองสบู่ (m)
สมบัติทางอุณหพลศาสตร์ของของไหล
ความสัมพันธ์ของสมบัติในระบบวัฏภาคเนื้อเดียว
จากกฎข้อที่หนึ่ง สำหรับระบบปิดที่มีสาร n โมล

- ในกรณีพิเศษสำหรับกระบวนการที่ผันกลับได้ จะเขียนสมการข้างต้นได้ว่า

- จากสมการนิยามของงานและเอนโทรปี จะได้
และ

- เมื่อผนวกเข้ากับสมการข้างต้น จะได้
(1)
โดยที่ U , S และ V คือ ค่าพลังงานภายใน เอนโทรปี และปริมาตรซึ่งเป็น intensive property (มีหน่วยต่อโมล)
จะเห็นได้ว่าสมการนี้เป็นความสัมพันธ์ระหว่างสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ และสมบัติเหล่านี้มีค่าขึ้นอยู่กับสภาวะเพียงเท่านั้น โดยไม่ขึ้นอยู่กับเส้นทางของกระบวนการ ดั้งนั้น ถึงแม้ว่าสมการนี้จะพัฒนามาจากกระบวนการที่ผันกลับได้ แต่เราสามารถใช้สมการนี้กับกระบวนการใดๆก็ได้ตราบเท่าที่ระบบเป็นระบบปิดซึ่งมีมวลสารคงที่
- สมการข้างต้นแสดงความสัมพันธ์ระหว่าง P,V,T,U และ S ซึ่งนอกจากสมการนี้แล้ว ยังมีสมการในลักษณะเดียวกันที่พัฒนาขึ้นมาสำหรับสมบัติอื่นๆ ทางอุณหพลศาสตร์ โดยเริ่มจากนิยามของพลังงานในรูปแบบอื่นๆ ดังนี้
- เอนทัลปี

- พลังงานเฮล์มโฮลทซ์ (Helmholtz energy)
(2)
พลังงานกิบส์ (Gibbs energy)
(3)
- พิจารณาสมการ
เมื่อคูนด้วย n ตลอดทั้งสมการ จะได้

เมื่อดิฟเฟอเรนชิเอทสมการข้างต้นจะได้

หากแทน d(nU)ด้วยค่าสมการที่ 1 จะได้
(4)
ในทำนองเดียวกันถ้ากำจัด d(nU) ออกจากสมการที่ 2 (ภายหลังจากที่คูณด้วย n แล้วทำการดิฟเฟอเรทชิเอท)โดยใช้สมการที่ 1 จะได้
(5)
และในลักษณะเช่นเดียวกันนี้ หากทำการดิฟเฟอเรนชิเอทสมการที่ 3 ที่คูณด้วย n ตลอดทั้งสมการ แล้วกำจัดพจน์ d(nU) ออกโดยใช้ค่าจากสมการที่ 4 ข้างต้น จะได้
(6)
- สมการที่ 1 ,4 ,5 และ 6 สามารถเขียนให้อยู่ในรูปต่อหน่วยโมลหรือหน่วยมวลสารได้ ดังต่อไปนี้
(7)
(8)
(9)
(10)
- สมการที่ 7-10 เรียกว่าเป็นสมการความสัมพันธ์ของสมบัติพื้นฐาน (fundamental property relation) ซึ่งใช้สำหรับของไหลเนื้อเดียวที่มีองค์ประกอบคงที่ สมการกลุ่มนี้สามารถใช้ในการพัฒนาสมการความสัมพันธ์ของสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ที่สำคัญอีกชุดหนึ่ง โดยพิจารณาสมการกลุ่มนี้ในลักษณะเดียวกันกับ
การดิฟเฟอเรนชิเอทฟังก์ชัน F=F(x,y) ดังนี้

- หรือ
(11)
- โดยที่
และ

- ถ้าดิฟเฟอเรนชิเอทสมการข้างต้นอีกครั้ง จะได้

- พจน์ทางขวามือของสมการทั้งสองนี้มีค่าเท่ากัน ดังนั้นจะได้ว่า
(12)
ดังนั้นหากเราเทียบรูปสมการที่ 7-10 กับสมการที่ 11 จะสามารถเขียนความสัมพันธ์ในลักษณะเดียวกันกับสมการที่ 12 สำหรับสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ต่างๆได้ดังนี้
(13)
(14)
(15)
(16)
- สมการที่ 13-16 นั้นเรียกว่า สมการแมกซ์เวลล์ (Maxwell’s equations)
:โดยสรุปจะเห็นว่า สมการความสัมพันธ์ของสมบัติพื้นฐานทางอุณหพลศาสาตร์สามารถนำมาใช้ในการพัฒนาสมการความสัมพันธ์ แมกซ์แวลล์ สมการทั้งสองชุดนี้มีความสำคัญต่อการคำนวณหาสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ที่ไม่สามารถวัดค่ได้โดยตรงจากการทดลอง ซึ่งจะได้กล่าวถึงต่อไป
เอนทัลปีและเอนโทรปีในรูปฟังก์ชันของอุณหภูมิและความดัน
ค่าเอนทัลปีและเอนโทรปีเป็นสมบัติของอุณหพลศาสตร์ที่ไม่อาจวัดได้โดยตรงจากการทดลองแต่สามารถหาได้จากข้องมูลที่วัดได้อื่นๆเช่น อุณหภูมิและความดัน ดังนั้นจึงจำเป็นต้องทราบรูปแบบความสัมพันธ์ทางคณิตศาสตร์ระหว่างเอนทัลปี เอนโทรปี กับอุณหภูมิและความดัน ซึงความสัมพันธ์เหล่านี้สามารถพัฒนาขั้นมาได้หากทราบว่าค่าเอนทัลปีและเอนโทรปีเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิและความดันอย่างไร หรือพัฒนามาจากข้อมูล



นั้นเอง
- ค่า
นั้นหาได้จากนิยามของ CP

- หรืออาจหาได้จากการหารสมการที่ 8 ด้วย dTแล้วกำจัดให้ความดันคงที่ ซึ่งจะได้

- เมื่อรวมสมการข้างต้นทั้งสองเข้าด้วยกัน จะได้
(17)
- สำหรับค่าดิฟเฟอเรนเชียลของเอนโทรปีเทียบกับความดันนั้น สามารถหาได้โดยตรงจากสมการแมกซ์เวลล์ (สมการที่ 16)
(18)
- และจากสมการที่ 8 เมื่อหารด้วย dP ที่อุณหภูมิคงที่ จะได้

- เมื่อรวมกับสมการที่ 18 จะได้ค่า ดิฟเฟอเนเชียล ของเอนทัลปีเทียบกับความดันที่เป็นฟังก์ชันของตัวแปรที่สามารถวัดค่าได้ทั้งหมด
(19)
เมื่อเรากำหนดให้ Hกับ S เป็นฟังก์ชันของอุณหภูมิและความดัน (สำหรับระบบที่เป็นสารบริสุทธิ์ในวัฏภาคเดียว ซึ่งมีค่า degree of freedom เท่ากับ 2 นั้น เราสามารถคำนวณสมบัติต่างๆ ของระบบได้จากตัวแปร 2 ตัว ซึ่งในที่นี้จะเลือกใช้อุณหภูมิและความดัน) ดังนี้
และ

- เราสามารถเขียนให้อยู่ในรูป ดิฟเฟอเรนเชียว ได้โดยตรงจากสมการแมกซ์เวลล์ (สมการที่ 16)

- และ

- เมื่อแทนสมการที่ 17 และ 19 ลงในสมการข้างต้น จะได้
(20)
- และ
(21)
สมการข้างต้นนี้คือสมการแสดงความสัมพันธ์ของเอลทัลปีและเอนโทรปีในรูปของอุณหภูมิและความดันความสัมพันธ์เหล่านี้มีประโยชน์ต่อการวิเคราะห์ทางอุณหพลศาสตร์ของกระบวนการต่างๆ ทั้งนี้การประยุกต์ใช้สำหรับกระบวนการไหลอย่างต่อเนื่องและคงตัวจะได้อธิบายได้อย่างละเอียดในบทต่อไป
พลังงานภายในในรูปฟังก์ชันของความดัน
เมื่อดิฟเฟอเรนชิเอทสมการ
จะได้

และจากสมการที่ 19 สามารถเขียนสมการข้างต้นให้อยู่ในรูปสมการความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานภายในกับความดัน ดังนี้
(22)
เอนทัลปีและเอนโทรปีที่สภาวะอุดมคติ
ค่าสัมประสิทธิ์ของ dT และ dP ในสมการที่ 20 และสมการที่ 21 นั้น หาได้จากค่า CP และจากข้อมูล PVT ซึ่งในกรณีของแก๊สอุดมคติความสัมพันธ์ของ PVT เป็นดังนี้


- เมื่อแทนค่าสมการเหล่านี้ลงในสมการที่ 20 และสมการที่ 21 จะได้
(23)
(24)
- โดนสัญลักษณ์ ig หมายถึงค่าสำหรับแก๊สในอุดมคติ
เอนทัลปีและเอนโทรปีสำหรับของเหลว
จากสมการที่ 18-20 เมื่อเปลี่ยนพจน์

- ให้อยู่ในรูปของ volume expansivity (β) และเปลี่ยน

- ให้อยู่ในรูปของ isothermal compressibility (K) ตามนิยามในสมการ จะได้
(25)
(26)
(27)
และเมื่อแทนพจน์(∂V⁄∂T)P ในสมการที่ 20 กับสมการที่ 21 ให้อยู่ในรูปของ volume expansivity จะได้
(28)
(29)
- เนื่องจากค่า β และ κ ไม่ขึ้นกับความดันของของเหลวมากนัก การ อินทิเกรต สมการที่ 28 และ 29 จึงสมารถสมมุติให้ค่าเหล่านี้เป็นค่าคงที่ได้ โดยนิยมใช้ค่าเฉลี่ยตลอดช่วงความดันมาใช้ในการคำนวณ
พลังงานภายในและเอนโทรปีในรูปของฟังก์ชันอุณหภูมิและปริมาตร
พลังงานภายในและเอนโทรปีอาจเขียนให้อยู่ในรูปของฟังก์ชันอุณหภูมิและปริมาตรได้ เมื่อทราบค่า


และ

สำหรับพจน์
และ
นั้นสามารถหามาได้จากสมการ 7
และ

- จากนิยามของความจุความร้อนเมื่อปริมาตรคงที่ตามสมการที่ 2 จะสามารถเขียนสาการแรกได้เป็น
(30)
- และจากสมาการที่ 15 จะเขียนสาการที่สองได้เป็น
(31)
- ถ้าเขียนพลังงานภายในและเอนโทรปีในรูปฟังก์ชันของอุณหภูมิกับปริมาตร หรือ U = U(T,V) และ S =S(T,V) และทำการดิฟเฟอเรนชิเอทจะได้
และ

- เมื่อทราบพจน์ partial derivative ในสมการข้างต้นด้วยค่าจากสมการที่ 2 ,30,31 และ 15 จะได้
(32)
(33)
- ซึ่งสมการทั้งสองสมการนี้แสดงความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานภายในและเอนโทรปีกับอุณหภูมิและปริมาตรของของไหล
จากสมการที่ 3 ในกรณีที่การเปลี่ยนแปลง สภาวะ เกิดขึ้นที่ปริมาตรคงที่จะเขียนได้ว่า
(34)
- ดังนั้นจึงสามรถเขียนสมการที่ 32 และ 33 ไดเป็นอีกรูปแบบหนึ่งคือ
(35)
(36)
การใช้พลังงานกิบส์เป็นเจนเนอเรตติ้งฟังก์ชัน (Generating Function)
ความสัมพันธ์ของสมบัติพื้นฐานดังแสดงด้วยสมการที่ 7-10 นั้นใช้ได้สำหรับของไหลเนื้อเดียวที่มีองค์ประกอบคงที่ ซึ่งจากสมการเหล่านี้จะเห็นว่าสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ เช่น U,H,A และ G มีความสัมพันธ์กับตัวแปร 2 ตัวแปรที่วัดค่าได้ เช่น กรณีของสมการที่ 10 ต่อไปนี้
(10)
- จากสมการนี้จะเห็นว่า พลังงานกิบส์ เป็นฟังก์ชันของอุณหภูมิกับความดัน G = G(P,T) และเนื่องจากอุณหภูมิและความดันเป็นตัวแปรที่สามารถวัดค่าได้โดยง่าย ดังนั้นพลังงานกิบส์จึงเป็นคุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ที่น่าจะมีประโยชน์ต่อการนำไปใช้งานต่อไป
:นอกจากสมการที่ 10 แล้ว สมการพื้นฐานของพลังงานกิบส์อาจพัฒนาได้จากคุณสมบัติทางคณิตศาสตร์ (ตามนิยามของดิฟเฟอเรนเชียลผลหาร) ดังนี้

- เมื่อแทนค่า dG จากสมการที่ 10 และค่า G จากสมการที่ 3 แล้วจัดรูปสมการาใหม่ จะได้สมการดังต่อไปนี้
(37)
- ซึ่งจะพบว่าทุกพจน์ของสมการข้างต้นเป็นปริมาณที่ไม่มีหน่วยนอกจากนี้ สมการข้างต้นยังต่างกับสมการที่10 ตรงที่ปริมาณทางด้านขวามือของสมการเป็นค่าเอนทัลปี แทนที่จะเป็นเอนโทรปี ซึ่งทำให้สมการนี้ใช้งานได้ง่ายขึ้น
(38) และ
(39)
- ซึ่งจะเห็นว่า เมื่อทราบค่าของ G/RT ในรูปของฟังก์ชันของ T และ P จะทำให้คำนวณหาค่า V/RT และ H/RT
เช่นเดียวกันกับสมบัติอื่นๆ เช่น
และ

- กล่าวโดยสรุปได้ว่า เมื่อเราทราบสมการ G/RT=g(T,P)แล้ว จะทำให้สามารถหาสมบัติทางอุณหพลศาสตร์อื่นๆ ได้จากการคำนวณอย่างง่าย ดังนั้นจึงเรียกพลังงานกิบส์ว่าเป็น เจนเนอเรตติ้งฟังก์ชัน (Generating Function)
สมบัติรีซิดวล (Residual Properties)
แม้ว่าจะสามารถหาสมบัติต่างๆ ได้จากข้อมูลเกี่ยวกับพลังงานกิบส์ แต่การหาค่า G หรือ G/RT อาจไม่สามารถทำได้โดยง่ายจากการทดลอง ดังนั้นในการหาสมบัติต่างๆ อาจทำได้โดยการนิยามสมบัติขึ้นมาอีกชนิดหนึ่ง ได้แก่พลังงานกิบส์รีซิดวล (Residual Gibb Energy) ซึ่งมีนิยามดังนี้

- โดยที่ G และ Gig คือค่าพลังงานกิบส์จริงๆ ของระบบ และค่าพลังงานกิบส์ของ แก๊สอุดมคติ ที่อุณหภูมิและความดันเดียวกัน
ในทำนองเดียวกัน สามารถนิยามปริมาตรรีซิดวลได้ด้วยสมการต่อไปนี้

ดังนั้น จะได้

- เมื่อแทน

- ในสมการข้างต้น จะได้ความสัมพันธ์ระหว่างปริมาตรรีซิดวล กับ Compressibility factor ดังนี้
(40)
- สมบัติรีซิดวลนั้นมีนิยามในรูปทั่วไป ดังนี้
(41)
- โดยที่ M คือสมบัติเชิงมวลทางอุณหพลศาสตร์ เช่น V,U,H,S หรือ G
- จากสมการที่ 37 ถ้าเขียนสำหรับกรณีของแก๊สอุดมคติ จะได้

- เมื่อลบสมการนี้ออกจากสมการที่ 37 จะได้
(42)
ซึ่งสมการข้างต้นนี้ก็คือ สมการความสัมพันธ์พื้นฐานของสมบัติรีซิดวลของของไหลที่มีองค์ประกอบคงที่ และจากสมการนี้ จะได้ว่า
(43) และ
(44)
- และจากสมการนิยามของพลังงานกิบส์ G≡ H-TS ในกรณีพิเศษของแก๊สอุดมคติ จะได้

- ซึ่งผลต่างระหว่างสองสมการข้างต้น ก็คือ

- และจากสมการข้างต้น จะได้เอนโทรปีรีซิดวลดังนี้

- จะเห็นว่าพลังงานกิบส์รีซิดวลเปรียบเสมือนเป็น Generating function สำหรับค่าสมบัติรีซิดวลอื่นๆ โดยค่าพลังงานกิบส์รีซิดวลนี้สามารถหาได้จากข้อมูลการทดลอง และเมื่อพิจารณาสมการที่ 43 เราอาจเขียนสมการนี้ใหม่ได้เป็น

- ถ้าทำการอินทิเกรตสมการข้างต้นจากค่าความดันเท่ากับ 0 ไปจนถึงความดัน P ใดๆ จะได้
(อุณหภูมิคงที่)
เพื่อความสะดวก จะนิยาม

- ซึ่ง J เป็นค่าคงที่ และไม่ขึ้นกับอุณหภูมิ ดังจะได้อธิบายต่อไป และเมื่อแทนค่า VR ตามสมการที่ 40 ลงไปในสมการข้างต้นจะได้ว่า
(45)
เมื่อดิฟเฟอเรนชิเอทสมการที่ 45 เทียบกับอุณหภูมิแล้วแทนค่าลงไปในสมการที่ 44 จะได้
(46)
จากสมการนิยามของพลังงานกิบส์

- สามารถเขียนได้สำหรับกรณีของแก๊สอุดมคติได้เป็น

- ซึ่งผลต่างของสมการทั้งสองคือ

- หรือตามที่กล่าวไปแล่วข้างต้นเราสามรถเขียนเอนโทรปีรีซิดวลได้เป็น

และเมื่อนำค่าจากสมการที่ 6.45 และ 6.46 มาแทนลงในสมการนี้จะได้
(48)
- เนื่องจาก

- ดังนั้นค่าของ Z และค่าของ

- จึงสามารถคำนวณได้จากค่าข้อมูล PVT จากการทดลอง ทั้งค่าอินทิกรัลในสมการที่ 6.45 – 6.48 สามารถคำนวณได้โดยวิธี นิวเมอริคอล ( numerical method) หรือวิธี กราฟิคอล ( graphical method) หรืออาจสามารถอินทิเกรตโดนตรงจาก Equation of state ที่อยู่ในรูปของ Z จะได้ Z ก็ได้ ดังนั้นถ้าทราบข้อมูล PVT หรือรูปสมการ Equation of state ก็จะสามารถคำนวณหาค่า HR กับ SR และค่าสมบัติรีซิดวลอื่นๆได้ดังตัวอย่างต่อไปนี้
- จากสมการที่ 6.41 เมื่อเขียนสำหรับเอลทัลปี และ เอนโทรปี จะได้
และ

- ดังนั้นค่า H และ S จึงสามารถหาได้จากสมการแก๊สอุดมคติและสมบัติรีซิดวลโดยสมการของ Hig และ Sig
นั้นหาได้จากการอินทิเกรตสมการที่ 23 และ 24
และ
(49)
โดยอินทิเกรตจากสภาวะแก๊สอุดมคติที่สภาวะอ้างอิง (reference condition,T0 และ P0) ไปถึงสภาวะแก๊สอุดมคติที่ T และ P ใดๆ และเมื่อแทนค่าลงไปในสมการข้างต้นจะได้
(50) และ
(51)
- สมการข้างต้นสามารถเขียนในรูปที่ง่ายขึ้นโดยใช้ค่าความจุความร้อนเฉลี่ย (และสมมุติให้ค่าความจุความร้อนเฉลี่ยเป็นค่าคงที่) จะได้
(52) และ
(53)
- โดยที่ HR และ SR ในสมการที่ 50-53 นั้นสามารถคำนวณได้จากสมการที่ 46 และ 48 ทั้งนี้ถึงแม้ว่าสมการทั้งสองนี้จะใช้สำหรับแก๊สเพียงเท่านั้น แต่สมบัตรีซิดวลนั้นสามารถใช้ได้กับทั้งแก๊สและของเหลวอย่างไรก็ตามสมบัติรีซิดวลจะมีประโยชน์มากกว่าในกรณีที่ใช้กับแก๊ส เนื่องจาก พจน์รีซิดวล HRและ SR ซึ่งเป็นพจน์ที่รวมการ คำนวณ ซับซ้อนเอาไว้ จะมีค่าร้อยเมื่อเทียบกับพจน์ Hig และ Sig แต่สำหรับของเหลวแล้วค่านี้จะมีค่ามากกว่าในกรณีของแก๊สมาก เนื่องจากจะต้องรวมค่าการเปลี่ยนแปลง เอนทัลปี และเอนโทรปีของการกลายเป็นไอไว้ด้วย ดังนั้นสำหรับในกรณีของของเหลว จึงนิยมใช้สมการที่ 28 และสมการที่ 29 ในการคำนวณค่าการเปลี่ยนแปลงของสมบัติ
การหาสมบัติรีซิดวลโดยใช้ Equation of state
- ทางเลือกอีกทางหนึ่งในการหาค่าอินทิกรัลในสมการที่ 45-48 ก็คือ การหาจาก equation of state ซึ่งแสดงว่าค่า Z (หรือ V) ในรูปฟังก์ชันของ P และ T โดยเนื้อหาในส่วนนี้จะกล่าวถึงวิธีการคำนวณหาค่าสมบัติของแก็สและไอ โดยใช้ สมการไวเรียล และสมการ cubic equation of state ดังต่อไปนี้
การหาสมบัติรีซิดวลจาก Equation of State ในรูปสมการไวเรียล
- ถ้าพิจารณากรณีของแก๊สหรือไอ ณ สภาวะที่ความดันไม่สูงนัก (ต่ำกว่า 5 bar) เราสามารถเขียนค่า compressibility factor ในรูปสมการไวเรียลที่ประกอบไปด้วยสองพจน์ได้ ดังนี้

- เมื่อแทนค่านี้ลงไปในสมการที่ 45 (โดยกำหนดให้ J=0) จะได้
(54)
- ดังนั้น สมการที่ 44 จะกลายเป็น

หรือ
(55)
- เมื่อแทบสมการที่ 54 และ 55 ไปในสมการที่ 47 จะได้
(56)
- จะเห็นได้จากสมการที่ 55 และ 56 ว่าถ้ามีข้อมูลเพียงพอที่จะหาค่า B และ dB/dT จะทำให้สามารถหาค่าของ เอลทัลปีรีซิดวล และ เอนโทรปีรีซิดวล ได้ ณ สภาวะอุณหภูมิ ความดัน และองค์ประกอบที่กำหนดใดๆ
- จะเห็นได้ว่าเราไม่สามารถใช้ equation of state ที่อยู่ในรูปฟังก์ชันของปริมาตรในการแก้สมการที่ 45-48 ได้โดยตรง ดังนั้นจึงจำเป็นต้องเปลี่ยนรูปสมการที่ 45- 48 ให้มีปริมาตรเป็นตัวแปรสำหรับการ อินทิเกรด เสียก่อน อย่างไรก็ตาม สมการที่สะดวกต่อการใช้งงานมากกว่าสมการในรูปปริมาตรก็คือ สมการในรูปของความหนาแน่น ในกรณีเช่นนี้สมการ PV=ZRT จึงจะเขียนได้เป็น
(57)
- เมื่อดิฟเฟอเรนซิเอทสมการข้างต้นที่อุณหภูมิคงที่ จะได้
(T คงที่)
- ซึ่งเมื่อรวมกับสมการที่ 56 จะได้
(T คงที่)
- เมื่อแทนค่า dP/P ที่ได้นี้ลงไปในสมการที่ 6.45 จะได้
(58)
- โดยการประเมินค่าพจน์อินทิกรัลของสมการข้างต้นจะทำที่สภาวะอุณหภูมิคงที่เท่ากับ T นอกจากนี้ ควรสังเกตว่า เมื่อ P→0 จะได้ว่า ρ→0 เช่นกัน
- สำหรับ H^R สามารถหาได้จากการรวมสมการที่ 42 และ 40 เข้าด้วยกัน ได้เป็น

- เมื่อหารด้วย dT โดยกำหนดให้ความหนาแน่นคงที่ จะได้

- ค่าอนุพันธ์ในพจน์แรกทางด้านขวามือของสมการข้างต้นนั้น คำนวณได้จากการดิฟเฟอเรนชิเอทสมการที่ 57 ส่วนค่าอนุพันธ์ในพจน์ที่สองนั้นหาได้จากการดิฟเฟอเรนชิเอทสมการที่ 58 และเมื่อแทนค่าทั้งสองลงไปในสมการข้างต้น จะได้
(59)
- สำหรับค่าเอนโทปีรีซิดวล สามารถหาได้จากสมการที่ 47
(60)
- ถ้าใช้สการไวเรียลที่มีสามพจน์ในการพัฒนาความสัมพันธ์ของสมบัติรีซิดวล นั่นคือ ใช้สมการ

- เมื่อแทนในสมการที่ 58-60 จะได้
(61)
(62)
(63)
- สมการข้างต้นนี้ใช้สำหรับแก๊สที่มีความดันปานกลาง โดยจำเป็นต้องทราบข้อมูลสัมประสิทธิ์ตัวที่สองและสามของ สมการไวเรียล
การหาสมบัติรีซิดวลจาก Cubit Equatoin of State
- ค่าสมบัติอาจหาได้โดยใช้สมการสภาวะกำลังสาม (cubit equation of state) ในรูปทั่วไปดังนี้

(53)
- สมการนี้ใช้งานได้สะดวกมากขึ้นถ้าเขียนในรูปของ Z โดยมีความหนาแน่น ρ เป็นตัวแปรอิสระ ดังนั้นเมื่อหารสมการข้างต้นด้วย ρRT และแทนค่า V=1⁄ρ จะได้สมการดังต่อไปนี้

- โดยนิยมค่า q ดังนี้

- ปริมาณที่ต้องใช้ในการหาค่าอินทิกรัลในสมการที่ 58-60 คือ Z-1 และ (∂Z⁄∂T)_ρ ซึ่งสามารถหาได้จากสมการข้างต้น ดังต่อไปนี้
(64)

- จากค่าทั้งสองนี้ ทำให้คำนวณค่าอินทิกรัลในสมการที่ 58 และ 60 ได้ดังนี้


- ซึ่งสมการทั้งสองนี้สามารถเขียนในรุปที่ง่ายขึ้นได้เป็น
และ

- โดยนิยมให้ I มีค่า
(T คงที่)
- ทั้งนี้การคำนวณหาค่า อินทิกรัท อาจแบ่งได้แป็นสองกรณีคือ
- กรณีที่ 1 เมื่อ ϵ≠σ
(65a)
- สมการนี้จะใช้ง่ายขึ้นเมื่อกำจัด ρ ออกไปโดยทำให้อยู่ในรูปของ Z โดยใช้สมการที่ 3 และจากนิยามของ:


- จึงได้

- ดังนั้นจะได้
(65b)
- กรณีที่ 2 เมื่อ ϵ=σ

- ตัวอย่างของกรณีนี้ได้แก่ สมการแวนเดอร์วาลล์ ซึ่งจะได้ว่า I= β/Z
- เมื่อหาค่าอินทิกรัล ลัวแทนลงในสมการที่ 58 จะได้
(66a)
- หรือ
(66b)

- และจากสมการที่ 60 จะได้

- และค่า
นั้นสามารถหาได้จากสมการที่
- เมื่อแทนค่าไปในสมการข้างต้นจะได้
(67)
(68)
- ซึ่งการใช้สมการเหล่านี้จะต้องคำนวณหาค่า Z จากสมการที่ 3.62 สำหรับสถานะไอ และสมการที่ 3.66 สำหรับสมการสถานะของเหลวก่อน
ระบบที่ประกอบไปด้วยสองวัฏภาค (Two-Phase Systems)
- แผนภาพ P-T ในรูปที่ 3.2 ของบทที่ 3 นั้นได้แสดงเส้นแบ่งขอบเขตของสถานะของสารบริสุทธิ์กระบวนการใดๆ ที่ดำเนินผ่านเส้นแบ่งขอบเขตนี้จะมีการเปลี่ยนแปลงของสถานะเกิดขึ้น พร้อมกันนั้นจะเกิดการเปลี่ยนแปลงสมบัติทางอุณหพลศาสตร์เกิดขึ้นอย่างฉับพลัน นั่นคือที่อุณหภูมิและความดันเดียวกันปริมาตรต่อมวลของของเหลวอิ่มตัวจะแตกต่างจากปริมาตรต่อมวลของแก๊ส อิ่มตัว มาก และในทำนองเดียวกัน ค่าพลังงานภายในเอนทัลปีและเอนโทรปีของสารในต่างสถานะก็จะแตกต่างกันมากเช่นกัน อย่างไรก็ตาม สมบัติชนิดหนึ่งที่ถือเป็นข้อยกเว้น คือ ค่าของ พลังงานกิบส์ ซึ่งจะมีค่าเท่ากันในทั้งสองสถานะ (ในขณะที่ทั้งสองสถานะอยู่ในสภาวะสมดุลต่อกัน) กล่าวอีกนัยหนึ่งได้ว่า การเปลี่ยนสถานะจะไม่ส่งผลไห้ค่าพลังงานกิบส์มีการเปลี่ยนแปลง ไม่ว่าจะเป็นการระเหิด การหลอมเหลว หรือการกลายเป็นไอ ทั้งนี้เมื่อได้พิจารณาของเหลวบริสุทธิ์ซึ่งอยู่ในสภาวะสมดุลกับแก๊สในกระสูบที่อุณหภูมิ Tsat และความดัน Psat ถ้ามีของเหลวในปริมาณน้อยๆ ที่ถูกเปลี่ยนกลายเป็นไอภายใต้สภาวะอุณหภูมิและความดันคงที่ จากสมการที่ 6.6 จะได้ว่า d(nG)=0 โดยกระบวนการที่เกิดขึ้นในระบบปิดนี้ ค่า n จะเป็นค่าคงที่ ดังนั้นจะได้ dG=0 ซึ่งหมายความว่า ค่าพลังงานกิบส์ของแก๊สจะต้องมีค่าเท่ากับพลังงานกิบส์ของของเหลว กล่าวคือ
(69)
- โดยที่ G^αและ G^β คือพลังงานกิบส์ของแต่ละสถานะ
- สมการข้างต้นสามารถใช้พัฒนา สมการแคลปิรอน ( Clapeyron equation) ซึ่งได้กล่าวถึงในบทเรียนที่ผ่านมา โดยทราบว่าในระบบที่อยู่ในสภาวะสมดุลระหว่างสถานะ ถ้าอุณหภูมิของระบบเปลี่ยนไป ความดันก็จะเปลี่ยนตามไปด้วยตามความสัมพันธ์ระหว่างความดันไอและอุณหภูมิโดยจะเป็นไปตามสมการที่ 6.69

- แทนค่าสำหรับ dG^α และ dG^β โดยใช้สมการที่ 6.10 จะได้


- ค่าการเปลี่ยนแปลงเอนโทรปี ∆S^αβ และการเปลี่ยนแปลงของปริมาตร ∆V^αβ คือการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นเมื่อปริมาตรหนึ่งหน่วยของสารบริสุทธิ์เกิดการถ่ายโอนจากสถานะ α ไปเป็น β เช่นนี้ จะได้ ค่าความร้อนแฝงอันเนื่องมาจากการเปลี่ยนสถานะ
(70)
- ซึ่งหลังจากจัดรูปแล้วจะได้สมการดังต่อไปนี้
เท่ากับ

- ดังนั้น

- และเมื่อแทนค่านี้ลงไปในสมการข้างต้นสำหรับ
จะได้
(71)
- ซึ่งก็คือสมการ แคลปิรอน ( Clapeyron equation) นั่นเอง
- สำหรับกรณีการเปลี่ยนแปลงสถานะจากของเหลวเป็นแก๊ส สมการข้างต้นจะเขียนได้เป็น
(72)แต่

- โดยที่
คือค่าการเปลี่ยนแปลงของ compressibility factor จากการกลายเป็นไอ เมื่อรวมสมการสองสมการข้างต้นเข้าด้วยกัน จะได้
(73)
- หรือ
(74)
สมการ Corresponding-States สำหรับการหาค่าความดันไอ
สมการ Corresponding-States หลายสมการสามารถใช้ในการหาค่าความดันไอสำหรับของเหลวไม่มีขั้วและของเหลวประเภท non-associating โดยสมการที่ง่ายที่สุดได้แก่สมการ Lee/Kesler ซึ่งเป็นสมการในประเภท Pitzer ที่มีรูปสมการดังนี้
(75)
โดยที่
(76)
(77)
- Lee และ KesLer
แนะนำว่าค่า ω นั้น สามารถหาโดยอาศัยสมการข้างต้นที่สภาวะจุดเดือดปกติ
โดยแทนค่า Tr ด้วยอุณหภูมิขิงจุดเดือดที่ความดัน 1 บรรยากาศ หรือนั่นคือ ω สำหรับสารใดๆ จะคำนวญได้จาก
(78)
- โดยที่
คือ อุณหภูมิลดของจุดเดือดที่ความดัน 1 บรรยากาศ และ
คือ ความดันไอลด ที่สอดคล้องกับความดัน 1 บรรยากาศมาตรฐาน (1.01325 bar)
สมการรูปทั่วไปของความสัมพันธ์อุณหพลศาสตร์ของแก๊ส
ดังที่ได้บรรยายมาข้างต้น จะเห็นว่าในการประมาณค่าสมบัติทางอุณหพลศาสตร์นั้นจำเป็นต้องทราบข้อมูลอันได้แก่ ค่าความร้อนและข้อมูล PVT ของสารในระบบ สำหรับข้อมูล PVT นั้นในบางครั้งอาจมีข้อมูลที่ไม่ครบหรือไม่สมบูรณ์ จึงจำเป็นต้องมีการพัฒนาความสัมพันธ์รูปทั่วไปเพื่อเป็นทางเลือกในการคำนวณหาสมบัติจากข้อมูลที่จำกัดนี้ ความสัมพันธ์ในรูปทั่วไปนี้จะเริ่มจากการจัดรูปสมการที่n 46 และสมการที่ 48 โดยการแทนค่าด้วยสมการต่อไปนี้




จะได้
(79)
และ
(80)
- ค่าทางขวามือของสมการจะขึ้นอยู่กับความดันลด P_r และค่าอุณหภูมิลด T_r เท่านั้น ดังนั้น H^R/R และ S^R/R จึงสามารถหาได้โดยการคำนวณจากข้อมูล P_r และT_rหรือจากข้อมูล compressibility factor
- จากสมการรูปทั่วไปที่แสดงค่า compressibility factor Z

- เมื่อดิฟเฟอเรนชิเอทสมการนี้ จะได้

- เมื่อแทนค่า Z และ

- ในสมการที่ 82 และสมการที่ 83 จะได้

และ

- พจน์อินทิกรัลพจน์แรกทางด้านขวามือของสมการข้างต้นสามารถหาได้ด้วยวิธีนิวเมอริเคิลหรือวิธีกราฟิคอลโดยใช้ข้อมูลของZ0 จากตาราง E.1 และตาราง E.3 ในภาคผนวก ส่วนอินทิกรัลที่อยู่หลังค่า ω ในต่ละสมการนั้นก็หาได้ในทำนองเดียวกันจากข้อมูล Z1ในตาราง E.2 และตารางE.4 เมื่อแทนพจน์แรกทางขวามือของสมการข้างต้นด้วย
และ
และแทนพจน์หลังด้วย

และ
จะสามารถเขียนสมการข้างต้นได้เป็น
(81)
และ
(82)
ค่า
,
,
และ
- นั้นสรุปไว้ในตาราง E.5 ถึง E.12 ฉะนั้นเมื่อทราบค่าเหล่านี้แล้ว จะสามารถประมาณค่า เอนทัลปีรีชิดวล และ เอนโทรปีรีชิดวล ได้จากสมการ ที่6.84 และสมการที่ 6.85 โดยเรียกสมการข้างต้นว่าหลักการ สภาวะ สอดคล้อง (correaponding state principle) และสมการนี้มีจำนวนพารามิเตอร์ทั้งหมด 3 ตัว
การประมาณค่าสมบัติใบบางกรณีนั้น อาจสามารถใช้สมการที่มี พารามิเตอร์ เพียงแค่สองตัว ซึ่งก็เพียงพอที่จะให้ผลที่ใกล้เคียงความเป็นจริง โดยใช้ข้อมูลในตาราง E.5และตาราง E.6 เท่านั้น
Lee/Kesler correlation สำหรับ

ในรูปของฟังก์ชันของ TrและPr
โดยปกติแล้ว ฟังก์ชันของ
,
,
และ
จะเป็นฟังก์ชันที่ซับซ้อนและไม่สามารถแสดงค่าเหล่านี้ด้วยสมการง่ายๆได้ อย่างไรก็ตาม ที่สภาวะความดันต่ำๆ เราอาจใช้สมการไวเรียลสำหรับคำนวณค่า Z เพื่อที่จะหาค่าสมบัติรีชิดวลต่อไปได้
สมการไวเรียลแสดงความสัมพันธ์ระหว่าง Z กับB^0 และ B^1 ดังแสดงในบทที่ 3.6 ดังนี้

จากสมการนี้ จะได้
(83)
เมื่อแทนค่าจากสมการที่ 86 ไปในสมการที่ 82 และสมการที่ 83 จะได้

และ

เนื่องจากค่า B^0และB^1เป็นฟังก์ชันของอุณหภูมิเท่านั้น การอินทิเกรตสมการข้างต้น ณ อุณหภูมิคงที่จะได้
(84)
และ
(85)
เนื่องจากB0และB1เป็นฟังก์ชันของอุรหภูมิเท่านั้น จึงสามารถหาค่าดิฟเฟอเรนเชียล
และ 
ในสมการข้างต้นนี้ได้ คังนั้นโดยสรุปแล้ว สมการอีก 4 สมการที่จะต้องใช้ในการหาค่าสมบัติรีชิดวลจากสมการที่ 87 และสมการที่ 88 คือ
จากสมการที่ 3.73

(86)
จากสมการที่ 3.74

(87)
เมื่อทราบสมการรูปทั่วไป (generalized correlation) สำหรับ H^RและS^Rและ ความจุความร้อน ของ แก๊สอุดมคติ ( ideal gas heat capacity)แล้ว จะทำให้สามารถคำนวณหาเอนทัลปีและเอนโทรปีสำหรับแก๊สที่อุณหภูมิและความดันต่างๆได้โดยใช้สมการที่ 50 และสมการที่ 51
สำหรับการเปลี่ยนแปลงจากสภาวะที่ 1 ไปยังสภาวะที่ 2 นั้น สามารถเขียนสมการที่ 50 สำหรับสภาวะทั้งสองได้ดังนี้
และ 
ดังนั้น ค่าการเปลี่ยนแปลงเอนทัลปีของกระบวนการนี้ คือ
(88)
และในทำนองเดียวกัน ค่าการเปลี่ยนแปลงเอนโทรปีจะมีค่าเท่ากับ
(89)
ทั้งนี้ เราสามารถเขียนสมกรทั้งสองนี้ในอีกรูปหนึ่งได้ดังนี้
(90)
และ
(91)
รูปที่ 3 เส้นทางที่ใช้ในการคำนวณ ∆Hและ∆S
- พจน์ทางขวามือของสมกรที่ 91-94 นั้นไม่มีความเกี่ยวโยงกับขั้นตอนของเส้นทางที่ใช้ในการคำนวณ (calculational path) จากสภาวะเริ่มต้นไปสู่สภาวะสุดท้ายของระบบ ดังนั้น เส้นทางของกระบวนการที่เกิดขึ้นจริงจากสภาวะที่ 1 ไปยังสภาวะที่ 2 (เส้นประ)จึงสามารถแทนได้ด้วยขั้นตอนย่อย 3 ขั้นตอน ดังแสดงในรูปที่ 3 โดยขั้นตอนแรก คือ 1→ligซึ่งแทนกระบวนการสมมติที่เปลี่ยนจากแก๊สจริงไปแก๊สอุดมคติที่ TlและPl โดยค่าการเปลี่ยนแปลงเอนทัลปีและเอนโทรปีสำหรับกระบวนการนี้คือ
และ 
สำหรับขั้นตอนที่สอง (lig→2ig )เป็นการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในสภาวะแก๊สอุดมคติ (T1,P1 )ไปยัง(T2, P2 ) โดยสำหรับกระบวนการนี้
(92)
และ
(93)
การคำนวณสำหรับของผสมสำหรับของแก๊ส (Gas Mixtures)
แม้ว่าจะไม่มีพื้นฐานทางทฤษฎีใดๆ ที่ใช้สำหรับสมการทั่วไปของของผสม แต่เราอาจประมาณได้จากการคำนวณโดยใช้พารามิเตอร์ชนิด pseudocritical ซึ่งได้จาก กฎเชิงเส้น ของการผสม ( linear mixing rule) ตามนิยามต่อไปนี้
(94)
(95)
(96)
ค่าที่ได้จะเป็น ω, อุณหภูมิ pseudocritical Tpc และความดัน pseudocritical Ppc สำหรับของผสม ซึ่งจะใช้ แทนค่า TcและPcในการคำนวณหาพารามิเตอร์ในรูปสภาวะลดดังนี้
(97)
(98)
เราจะใช้ค่าเหล่านี้แทน TrและPrในการอ่านค่าต่างๆ จากตารางใน ภาคผนวก E เพื่อคำนวณหา Z โดยใช้สมการที่ 3.67 จากนั้นจึงคำนวณค่า

จากสมการที่ 85 และคำนวณค่า
จากสมการที่ 86
ดูเพิ่ม
- เนื้อหาที่เกี่ยวข้องและเชื่อมโยงกัน
- ของไหล
สาขาของวิชาฟิสิกส์ |
---|
| หมวดหมู่ |
- ฟิสิกส์ประยุกต์
- ฟิสิกส์เชิงทดลอง
- ฟิสิกส์ทฤษฎี
|
---|
| |
- อุณหพลศาสตร์
- กลศาสตร์
- ดั้งเดิม
- ท้องฟ้า
- สถิติ
- ของไหล
- ควอนตัม
- พลศาสตร์
- สถิตยศาสตร์
|
---|
| |
- ความโน้มถ่วง
- ทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้า
- ทัศนศาสตร์
- ทฤษฎีสนามควอนตัม
- ทฤษฎีสัมพัทธภาพ
|
---|
| พิเศษ |
- สวนศาสตร์
- ฟิสิกส์ดาราศาสตร์
- ฟิสิกส์อะตอม โมเลกุล และทัศนศาสตร์ (เอเอ็มโอ)
- ฟิสิกส์ของสารควบแน่น
- ฟิสิกส์วิศวกรรม
- ฟิสิกส์เชิงคณิตศาสตร์
- ฟิสิกส์นิวเคลียร์
- ฟิสิกส์ของอนุภาค
- พลาสมา
- วัสดุศาสตร์
|
---|
| ฟิสิกส์กับ วิทยาศาสตร์ชีวภาพ | |
---|
| ฟิสิกส์กับสาขาอื่น ๆ ของวิทยาศาสตร์ | |
---|
|