Toestandsgrootheden

Toestandsgrootheden zijn macroscopische kenmerken van stoffen of systemen die niet afhangen van de weg die gevolgd is om tot de toestand van deze stof of dit systeem te komen, m.a.w.: toestandsgrootheden zijn padonafhankelijk. Voorbeelden van toestandsgrootheden zijn druk, temperatuur en specifiek volume. Het specifieke volume is het volume van een stof per hoeveelheid van die stof.

Een toestandsgrootheid die van belang is bij de analyse van thermische centrales is enthalpie (H). Voor nu is het voldoende om te weten dat met enthalpie de hoeveelheid energie van een stof wordt aangeduid. In het vak TB242E, Processen in de energiesector, wordt dieper ingegaan op de grootheid enthalpie en andere toestandsgrootheden.

De enthalpiewaarde van een fossiele brandstof is hoger dan die van de verbrandingsproducten kooldioxide en water. Dit betekent dat de verbranding van fossiele brandstoffen zorgt voor een afname van de hoeveelheid enthalpie. Deze enthalpieafname is gelijk aan de hoeveelheid warmte die vrijkomt bij de verbrandingsreactie. De enthalpieverandering die optreedt door een reactie wordt de reactie-enthalpie genoemd.

Er kan gekozen worden wat er met de vrijgekomen warmte gedaan wordt: er kunnen immers verschillende technologieën toegepast worden. Bijvoorbeeld, bij de verbranding van een ton steenkool in de open lucht verspreiden de hete rookgassen zich, wordt de vrijgekomen warmte geheel opgenomen door de omgeving en wordt er dus geen arbeid geproduceerd. Echter, wordt de steenkool verbrand in een elektriciteitscentrale, dan wordt ongeveer 45% van de vrijgekomen warmte omgezet in arbeid (de elektriciteit die wordt geproduceerd) en wordt de overige 55% via koelwater, rookgassen en stralingsverlies als warmte afgegeven aan de omgeving. In beide gevallen geldt de wet van behoud van energie.

De enthalpiewaarde van een stof, bijvoorbeeld aardgas, is een toestandsgrootheid en is dus niet afhankelijk van de manier waarop dit aardgas is gevormd, maar alleen van de samenstelling en condities (druk, temperatuur, ...) van dit aardgas.

Warmte en arbeid zijn ook energievormen, maar zijn géén toestandsgrootheden. De hoeveelheden warmte en arbeid zijn wél afhankelijk van de weg/route die afgelegd wordt en de technologie die toegepast wordt. Zie ook het voorbeeld hierboven over de verbranding van steenkool.