Изменение энтропии в различных процессах, при нагревании, фазовых переходах, расширении и смешении идеальных газов

Изменение энтропии в различных процессах, при нагревании, фазовых переходах, расширении и смешении идеальных газов.

Для реальных (необратимых) процессов II закон термодинамики записывается в идее неравенства, что затрудняет расчет Dизменения энтропии S при их протекании. Но энтропия – функция состояния системы, и ее изменение не зависит от пути проведения процесса. DПоэтому для расчета S при протекании различных процессов воспользуемся уравнением II закона для обратимых процессов:

. (1)

Изменение энтропии при фазовых превращениях

Фазовое превращение (фазовый переход) – процесс, связанный с изменением агрегатного состояния вещества.

Характерной особенностью этих процессов является то, что они протекают при постоянной температуре – температуре фазового перехода Т_ф.п.. (Т=const, изотермический процесс)

Тогда, согласно II закону термодинамики

где Q_ф.п. – тепловой эффект фазового перехода.

При р = const (изобарный процесс) теплота равна изменению энтальпии:

Изменение энтропии при нагревании (охлаждении).

Применим уравнение (1) к изобарному процессу (р = const).

Для 1 моль вещества

;

где С_р – молярная изобарная теплоемкость K).×вещества, Дж/(моль (см. ниже)

Вычислим изменение энтропии для различных процессов:

1. В общем случае обратимого процесса при постоянном объеме, когда изменение внутренней энергии равно :

2. При нагревании любого вещества от при постоянном объеме (V=const, изохорный процесс). В случае, как следует из математической формулироквки первого начала термодинамики, теплота процесса приобретает свойства функции состояния и не зависит от пути процесса. Подставляя значение из уравнения и , получаем:

Если принять

3. При нагревании любого вещества при постоянном давлении (p=const)

При (4)

4.Для различных процессов с идеальным газом:

Если , вместо уравнения (5) можно написать

Учитывая, что для идеального газа , уравнение (6) можно представить в виде:

В изотермическом процессе, учитывая, что получаем из (6) и (7)

В изохорном процессе, учитывая, что получаем из равенства (6)

В изобарном процессе, учитывая, что и находим из (7)

Смешение двух идеальных газов

При смешивании энтропия увеличивается. Причина: расширение каждого из газа при p=const и T=const.

, где n₁ и n₂ – числа моль первого и второго газа: V₁ и V₂ – их начальные объемы:

V= V₁ + V₂ - конечный объем.)

Химические и концентрационные элементы и их применение в технике.

Гальванические элементы. Различают концентрационные и химические гальванические элементы.

Гальванические элементы – химические источники электрической энергии. Они представляют собой системы, состоящие из двух электродов (проводников I рода), погруженных в растворы электролитов (проводников II рода).

Электрическая энергия в гальванических элементах получается за счет окислительно-восстановительного процесса при условии раздельного проведения реакции окисления на одном электроде и реакции восстановления на другом. Например, при погружении цинка в раствор сульфата меди цинк окисляется, а медь восстанавливается( Элемент Даниэля-Якоби)

Zn + CuSO₄= Cu + ZnSO₄

Zn⁰+Cu²⁺=Cu⁰+Zn²⁺

Схематически это можно записать следующим образом:

Концентрационные гальванические элементы состоят из двух одинаковых электродов (например, серебряных), опущенных в растворы одного и того же электролита (например, AgNO₃), но разных концентраций. Источником электрического тока в таком элементе служит работа переноса электролита из более концентрированного раствора в более разбавленный. Элемент работает до тех пор, пока сравняются концентрации катионов у анода и катода. Концентрационный гальванический элемент изображают схематически следующим образом:

⊝Ag½AgNO₃(C₁) ║AgNO₃(C₂) ½⊕Ag , где С₂> C₁

Рис.4

Эти электроды отличаются друг от друга только концентрациями солевых растворов.

(По формуле Нерста) рассчитаем ЭДС концентрационного элемента.

Недостатки концентрационных гальванических элементов:

разрушаемый анод,
малая ЭДС.

Концентрационные элементы используются в тех случаях, где необходима малая ЭДС.

Концентрационные элементы используют для определения активности ионов в растворе, химические цепи - как источники постоянного тока - аккумуляторы, окислительно-восстановительные элементы используются для определения констант равновесия и термодинамических функций.

Дата добавления: 2018-04-04; просмотров: 482; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 25 26 27 28 29 30 31 323334 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!