Тема 1.2. Основы химической термодинамики
Первый закон термодинамики
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 = Т2-Т1;
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 = Р D 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 = С D T
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 / D T –теплоёмкость системы, Дж/К.
Виды теплоёмкости:
1. удельная теплоёмкость суд = Q/ m D T [суд] = Дж/(кг ×К)
2. молярная теплоёмкость сm = Q/п D T [с m] = Дж/(моль ×К)
3. объёмная теплоёмкость соб = Q/ V D T [соб] = Дж/(м3·К)
Формулы взаимосвязи между этими теплоёмкостями:
С = п·с m; С = m·суд; С = V ·соб; соб = суд × r; с m = суд × M;
1. Изобарная теплоёмкость при Р = с onst Cp.
2. Изохорная теплоёмкость при V = const Cv.
c р, m > c V, m Ср, m – C V,m = R – уравнение Майера
cp/ c V = 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;
Eх - энергия химических связей – взаимодействия внутримолекулярных частиц тела;
Eя – 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= D U+ W
|
|
|
Обобщенное математическое выражение 1 закона термодинамики:
D U = å Q - å W; 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.
Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 86; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!