Всего на сайте:
248 тыс. 773 статей

Главная | Добыча и разработка природных ресурсов

Первый закон термодинамики  Просмотрен 164

Химическая термодинамика изучает связи между химической и другими видами энергии.

К основным понятиям относятся:

1. Система – это любой материальный объект, который изучает термодинамика. Все, что находится вне системы – окружающая среда. Виды систем:

- гомогенная система – физически однородная система. То есть в любой точке системы термодинамические свойства одинаковы (например, температура, плотность и т.д.);

- гетерогенная – физически неоднородная;

- изолированная система – это система, которая не обменивается с окружающей средой ни массой вещества, ни энергией;

- открытая – это система, которая обменивается с окружающей средой и массой вещества и энергией;

- закрытая – это система, которая обменивается с окружающей средой энергией, а массобмен отсутствует;

- адиабатно-изолированная – система, которая не принимает и не отдает тепло в окружающую среду.

2. Процесс – переход системы из одного состояния в другое при этом параметры системы меняются (изотермический, изобарный, адиабатный; обратимый, необратимый; прямой, обратный, круговой; эндотермический, экзотермический).

3. Состояние системы – совокупность термодинамических свойств. Свойства делятся на экстенсивные (они выражают количественные характеристики термодинамической системы пр.: m, V) и интенсивные (выражают качественные характеристики системы пр.: T, P, состав).

4. Функции состояния системы (это любое свойство системы).

Изменение функций состояния системы не зависят от пути перехода, а зависят лишь от начального и конечного состояния системы: ∆Т = Т21;

Изменение функций состояния системы по круговому процессу равно нулю ∆ТКР =0

5. Функции процесса. К ним относятся работа и теплота. Это формы передачи энергии, т.е. энергообмен системы. Они зависят не только от начального и конечного состояния системы, но и от пути перехода

Работа – это перенос энергии движущейся материи (при перемещении тел в пространстве совершается механическая работа)

Работа [W] = Дж; кДж

W = РD V; W = F×l

Работа бывает положительной и отрицательной.

Положительная работа – это работа, которую совершает система над окружающей средой. Отрицательная работа – это работа, которую совершает окружающая среда над системой.

Теплота – это внешнее проявление энергообмена частиц в результате их хаотического столкновения друг с другом.

Теплота [Q] = Дж; кДж

Q = СDT

Теплота бывает положительной и отрицательной. Положительная теплота – это теплота, поступающая из окружающей среды в систему. Отрицательная теплота – это теплота, поступающая от системы в окружающую среду.

С теплоёмкость – способность веществ поглощать теплоту при нагревании

С = Q /DT –теплоёмкость системы, Дж/К.

 

Виды теплоёмкости:

1. удельная теплоёмкость суд = Q/ mDT [суд] = Дж/(кг×К)

2. молярная теплоёмкость сm = Q/пDT [сm] = Дж/(моль×К)

3. объёмная теплоёмкость соб = Q/VDT [соб] = Дж/(м3·К)

 

Формулы взаимосвязи между этими теплоёмкостями:

С = п·сm; С =m·суд; С =V ·соб; соб = суд × r; сm = суд × M;

1. Изобарная теплоёмкость при Р = сonst Cp.

2. Изохорная теплоёмкость при V = const Cv.

c р,m > cV,m Ср,m – CV,m = R – уравнение Майера

cp/cV = g (гамма) – коэффициент Пуассона или показатель адиабаты, служит для характеристики строения молекул.

 

1. Истинная теплоёмкость – теплоёмкость при заданной t°.

2. Средняя теплоёмкость С – теплоёмкость в интервале температур.

 

Теплоёмкость системы – аддитивное свойство, т.е

С = С1 + С2 +… Ск

(к – число частей системы).

 

Теплоёмкость, состоящая из к компонентов определяется по правилу смешения

(следствие из закона Дальтона).

 

cm = cm,1 × x1 +cm,2 × x2 + …cm,k × xk.

Теплоёмкость зависит от t°, зависимость выражается формулами:

cр,m = a + bT + cT2 (*)

cp,m = a + bT + c'T –2 (**)

а, b, c, c'– const (табличные значения)

После преобразований данных формул, расчёты средней теплоёмкости ведут по:

(*)

(**)

Когда в системе протекают лишь немеханические процессы (кроме изменения объёма системы V=const) в энергообмене участвует лишь её внутренняя энергия U.

Внутренняя энергия – это энергия изолированной системы

 

U = Ek + En + Em + Eя

где Ek - кинетическая энергия;

En - потенциальная энергия;

- энергия химических связей – взаимодействия внутримолекулярных частиц тела;

– ядерная энергия – энергия взаимодействия внутриядерных частиц тела.

Свойства внутренней энергии обобщается в 1 законе термодинамики или законе сохранения энергии.

Он выражает количественную эквивалентность энергии.

Формулировки 1 закона термодинамики – закона сохранения энергии:

1. Энергия не возникает из ничего и не исчезает бесследно, а переходит из одной формы в другую в строго эквивалентных количествах.

2. В изолированной системе общий запас энергии постоянен.

3. Вечный двигатель 1 рода не возможен, т.к. невозможно создать такую машину, которая совершала бы работу без подведения энергии из окружающей среды

4. Теплота, поступающая в систему расходуется, на изменение внутренней энергии и на работу, которую система совершает над окружающей средой Q=DU+ W

Обобщенное математическое выражение 1 закона термодинамики:

D U = åQ - åW; å (знак суммы).

Изменение внутренней энергии равно теплотам, поступившим в систему за вычетом работ, совершённых системой над окружающей средой, с учётом расширения системы.

Система, окружённая упругой средой (упругой жидкостью, атмосферным воздухом, то есть это экстракционные, ректификационные, массообменные аппараты – открытые системы) дополнительно к внутренней энергией обладает потенциальным запасом энергии PV.


Предыдущая статья:Пример 5, Определить парциальное давление этилбензола в смеси его с водяным паро.. Следующая статья:Термохимия
page speed (0.0728 sec, direct)