Subiectul termodinamicii

Termodinamica studiază transformările reciproce ale diferitelor tipuri de energie asociate transferului de energie între corpuri sub formă de căldură și muncă.

Căldura și munca sunt considerate în termodinamică ca fiind caracteristicile cantitative ale a două forme de schimb de energie între corpuri (sistem) și mediul înconjurător. In acest ha căldură caracterizează schimbul de energie din energia cinetică formează căldură Vaga, adică aleator, mișcarea particulelor (atomi, molecule, elec-trons, etc ...), Iar lucrarea - .. O formă de energie cinetică direcționată lennogo, mișcarea ordonată a particulelor.







Termodinamica se bazează pe două legi fundamentale care au devenit cunoscute ca primul și al doilea principiu al termodinamicii. Ambele începuturi sunt derivate din generalizarea experienței practice.

Studiile chimice Termodinamica nu numai raportul dintre chimice și alte tipuri de energie, dar investighează procesul chimic coș-Moznosti și flux spontan limită în condiții specifice. Termodinamica chimică este necesară pentru gestionarea conștientă a proceselor fizico-chimice care stau la baza producției chimice.

Aplicarea metodei de calcul termodinamic în tehnologia diferitelor industrii chimice a avut o mare influență asupra dezvoltării întregii industrii chimice în viitor. Metoda termodinamică este acum utilizat pe scară largă în procesele metalurgice, în producția de materiale plastice, depozite îngrășăminte de fibre chimice, reprocesare chimică. În ultimii ani, ter-modinamica biologică sa dezvoltat rapid, unde metode de termodinamică sunt folosite în studiul proceselor care apar în plantele și în animalele.

Cu toate acestea, metoda termodinamică de a studia transformările fizico-chimice are dezavantajele și limitările sale. În special, prezicând posibilitatea și completitudinea reacției în aceste condiții, termodinamica nu dă o idee despre timpul necesar pentru reacție. Timpul ca parametru care caracterizează intensitatea procesului nu intră în ecuațiile termodinamicii. Metoda termodinamică este aplicabilă numai macrocomenzilor. Ele nu pot fi folosite în studiile atomilor, moleculelor, electronilor. Acest lucru se explică prin faptul că pentru o moleculă sau pentru un set de câteva molecule, conceptele de căldură și de muncă pierd înțelesul. Din cauza acestei termodinamici nu ia în considerare mecanismul microscopic al fenomenelor. Este vorba de concepte de model străin despre structura materiei și despre natura mișcării particulelor microscopice care fac parte din corpul material.

Să ne referim pe scurt la caracterizarea anumitor propoziții și concepte fundamentale ale termodinamicii, care vor fi rezolvate ulterior.

Corpul sau setul de corpuri interacționate, izolat mental de mediul înconjurător, se numește un sistem în termodinamică. Restul spațiului cu tot ce este în el este numit mediul (sau pur și simplu mediul). În termeni de magnitudine, sistemele termodinamice pot fi cele mai diverse: de la un pinhead (sau mai puțin) la un sistem solar (sau chiar mai mult). Cu alte cuvinte, sistemul trebuie să păstreze un număr suficient de mare ajutor de particule (atomi, molecule, electroni) ce se aplică acestora astfel de concepte termo dinamică, sub formă de căldură, temperatura, presiunea, și așa mai departe. N.

Sistemul se numește omogen dacă în interior au interfețele între părți ale sistemului, care diferă prin proprietăți (de exemplu, o soluție de orice substanță sau gaz într-un vas închis), și eterogenă, în cazul în care sunt disponibile o astfel de interfață (de exemplu, cristalele de sare într-o soluție saturată).

Sistemul termodinamic este numit non-izolate sau non-închis, în cazul în care acesta poate primi sau da căldură pentru mediu și pentru a produce lucru, și mediul extern - lucru Sauveur-Shat asupra sistemului. Sistemul este un izolat sau închis în cazul în care nu face schimb de căldură cu Cond-doy, iar modificarea presiunii în interiorul sistemului nu influențează Environ-ghidul de miercuri, iar aceasta din urmă nu se poate face de lucru pe sistem.

Partea omogenă a sistemului cu aceleași proprietăți chimice și ter-modinamice, separate de alte părți prin interfața vizibilă, la trecerea prin care proprietățile fizice și chimice se schimbă drastic, se numește fază. Cel mai mic număr de componente ale unui sistem prin care poate fi exprimată compoziția oricărei faze a acestuia se numește componentele sistemului.

Proprietățile oricărui sistem termodinamic sunt determinate de parametrii săi sau, așa cum se mai numesc, variabile independente. Toți parametrii sistemului sunt împărțiți în două grupuri. Parametrii care definesc proprietățile care depind de dimensiunea sistemului (volum, masă, entropie) aparțin aceluiași grup. Celălalt este alcătuit din parametrii care nu depind de dimensiunea sistemului (temperatură, presiune, potențial, molar sau volum specific). Proprietățile sistemului, determinate de parametrii primului grup, se numesc extinse, iar parametrii celui de-al doilea grup determinat de parametri sunt intense.

Parametrii principali ai sistemului sunt cei care pot fi măsurați direct și exprimă proprietățile intensive ale sistemului. Aceasta include presiunea, temperatura și volumul. Acești parametri pot fi legați între ei prin ecuația de stare. Astfel, starea termodinamică a unui sistem este determinată de totalitatea parametrilor termodinamici ai acestuia.

Starea sistemului poate fi echilibru și neechilibru. Dacă parametrii termodinamici nu se schimbă odată cu timpul, fără influențe externe asupra sistemului, o astfel de stare se numește echilibru. Starea sistemului va fi neechilibrată dacă parametrii se modifică în absența unui impact.

Starea de echilibru termodinamic a sistemului este în același timp un adevărat echilibru. Se caracterizează prin faptul că efectele infinitezime asupra sistemului provoacă modificări infinitezimale în acesta. Dacă această condiție nu este îndeplinită, sistemul se află într-un echilibru fals (sau instabil). Ca exemplu de sisteme într-o stare de echilibru fals, pot fi chemați soluții suprasaturate, lichide supracooleate, abur supracolizat în condiții obișnuite.

proces unilateral are loc în fiecare astfel de sistem, prin care sistemul tinde să se deplaseze dintr-o stare de fals (instabil) la adevăratul echilibru. Prin urmare, cu o influență maulushem asupra sistemului instabil, într-o perioadă scurtă de timp va intra într-o stare de adevărat echilibru.

Din acest motiv, orice sistem izolat cu trecerea timpului trece într-o stare de echilibru termodinamic și nu poate scăpa de această stare. Parametrii sistemului de echilibru pot avea doar valori strict definite și, prin urmare, orice ecuații de stare sunt aplicabile la astfel de sisteme.







Trecerea unui sistem termodinamic de la o stare la alta se numește un proces în termodinamică. În orice proces, unii dintre parametrii sistemului rămân neschimbați, alții se schimbă. În funcție de ce parametri de tranziție de la o stare la alta rămân constante, pro-procese sunt împărțite în isochorically (la volum constant), Isobe - geometric (la presiune constantă), izoterma (la temperatură constantă-yannoy), și așa mai departe. d.

Orice sistem termodinamic are o anumită rezervă de energie, care în termodinamică se numește energie internă. Din punct de vedere al structurii teoriei materiei sumei interioare Ener-ogy a energiei mișcarea termică a particulelor, precum și toate tipurile de energie intramoleculară și atomic, cu excepția energiei cinetice și potențiale ale întregului corp (sistem). Depinde de tipul și masa substanței în cauză, precum și de starea ei agregată și nu depinde de modul în care aceasta este adusă în această stare. Energia interioară este notată cu litera U. Este o proprietate extinsă, deoarece depinde de cantitatea de materie luată în considerare.

Energia internă completă a sistemului nu poate fi determinată, știința în prezent nu dispune de astfel de metode. Cu toate acestea, este posibil să se determine experimental schimbarea energiei interne a unui sistem la tranziția sa de la o stare la alta. Dacă denotăm prin U1 energia internă a sistemului în starea 1, U2 este energia sa internă în starea 2, atunci schimbarea energiei în timpul tranziției acestui sistem de la starea 1 la starea 2 va fi:

Aici simbolul # 8710; este folosit pentru a indica o diferență și întotdeauna de la valoarea referitoare la starea finală a sistemului, se scade o valoare referitoare la starea sa inițială.

Într-un sistem izolat, suma tuturor tipurilor de energie este o valoare constantă, deoarece nu se schimbă ca urmare a interacțiunii părților care alcătuiesc sistemul dat,

Aici Σ este semnul de însumare, care se extinde la toate tipurile de energie, care se află într-un sistem izolat dat.

O caracteristică foarte importantă a stării unui sistem termodinamic este entalpia, notată cu H. simbol Deoarece energia internă, entalpia este o funcție a stării sistemului și schimbarea acestuia în timpul procesului nu depinde de drum, dar numai în statele inițiale și finale. Cu energia internă, așa cum se va arăta mai jos, ea este legată de

unde p este presiunea; V este volumul sistemului examinat.

Valoarea absolută a entalpiei nu poate fi calculată utilizând ecuațiile termodinamicii, deoarece include valoarea absolută a energiei interne. Prin urmare, în practică, o schimbare a entalpiei Sistemul # 8710; H:

După cum sa menționat deja, principalele metode de transfer de energie dintr-o parte a sistemului în alta sunt căldură și muncă. Definițiile căldurii și muncii arată că aceste concepte în termodinamică sunt aplicabile numai proceselor, dar nu și stărilor sistemului. Prin urmare, expresii simplificate precum "sistemul dă muncă (sau căldură)" sunt condiționate; ar fi mai riguros să spunem că "sistemul dă energie sub formă de muncă (sau sub formă de căldură)". Trebuie subliniat faptul că conceptul termodinamic de căldură nu corespunde conceptelor obișnuite ale corpurilor fierbinți și calde ca fiind "conținând mai multă sau mai puțină căldură".

În cazul în care energia trece de la mediu la sistem, căldura procesului este de obicei considerată pozitivă (Q> 0). Procesul, însoțit de un efect termic pozitiv, se numește endotermic, iar procesul opus (Q <0) —экзотермическим.

Trebuie amintit faptul că, spre deosebire de sistemele termodinamice din sistemele termochimice, dimpotrivă, căldura eliberată în cursul unei reacții chimice este pozitivă și absorbită este negativă. Cu alte cuvinte, în termochimie este obișnuit să atribuiți un semn căldurii de reacție, inversul celui folosit în restul secțiunilor de termodinamică. Pentru a evita confuzia, vom desemna de acum înainte încălzirile termochimice prin Q.

Astfel, Q = -Q.

Distinge procese termice efect care au loc la volum constant Qv (efect termic izocoră), iar procesele de efect termic care au loc la presiune constantă Qp (efect termic izobară).

Lucrarea este considerată a fi pozitivă (W> 0), dacă sistemul o produce pe mediu. Lucrarea este determinată de două valori: factorul de intensitate și factorul de capacitate (extensibilitate). Dacă factorul de intensitate are o valoare constantă, lucrul în acest proces este egal cu produsul factorului de intensitate prin modificarea factorului de capacitate.

Prima lege a termodinamicii

Prima lege (sau prima lege) a termodinamicii este legea conservării energiei. Această lege este împlinită în toate fenomenele naturii și este confirmată de toată experiența omenirii. Niciuna dintre consecințele sale nu este contrară experienței. Legea conservării energiei confirmă poziția materialismului dialectic cu privire la eternitatea și indestructibilitatea mișcării, deoarece energia, așa cum a definit Engels, este o măsură a mișcării în transformarea ei de la o formă la alta.

Termodinamica consideră în principal două forme în care se realizează transformarea energiei - căldură și muncă. Prin urmare, prima lege a termodinamicii stabilește relația dintre energia termică (Q) și lucrarea (W) atunci când energia totală a sistemului (# 8710; Q) este schimbată. Schimbarea energiei totale a sistemului este exprimată prin ecuația (I.37).

Din persistența energiei interne a sistemului izolat, rezultă imediat: în orice proces, schimbarea energiei interne a oricărui sistem este egală cu diferența dintre cantitatea sistemului de încălzire raportat și cantitatea de muncă realizată de sistem:

Această ecuație este expresia matematică a primului principiu al termodinamicii, care în acest caz are următoarea formulă: căldura Q furnizată sistemului duce la creșterea energiei interne a sistemului # 8710; U și pentru a efectua lucrări externe W.

Când sistemul trece de la o stare la alta, energia internă crește în unele cazuri, în altele scade. În conformitate cu această schimbare a energiei interne # 8710; U are un semn pozitiv sau negativ.

Prima lege a termodinamicii are mai multe formulări, dar toate exprimă aceeași esență - indestructibilitatea și echivalența energiei în tranzițiile reciproce ale diferitelor tipuri de ele în fiecare alte.

Într-un sistem izolat, suma tuturor tipurilor de energie este o constantă.

Mișcarea perpetuă de primul fel este imposibilă, deoarece este imposibil să se creeze o astfel de mașină care să producă, să funcționeze fără a furniza energie din afară.

Sistemul poate trece de la o stare la alta în moduri diferite. Dar, în conformitate cu legea conservării energiei, schimbarea energiei interne # 8710; sistem U nu depinde de calea de tranziție: este aceeași în toate cazurile, în cazul în care aceeași inițială și starea finală ing a sistemului. Cantitatea de căldură și cantitatea de muncă W depind de această cale. Cu toate acestea, indiferent de modul în care valorile mi-nyalis Q și W pentru diferite moduri de tranziție de la un stat la altul, suma lor algebrică este întotdeauna ODI-Nakova excepția cazului în care aceleași stări inițiale și finale ale sistemului.

Ecuația primei legi a termodinamicii (I.39) pentru procese, în care are loc doar lucrarea de expansiune, ia forma:

Dacă procesul se desfășoară la o presiune constantă (p = const), atunci, integrând, obținem:

Se observă din ecuația (1.40) că căldura absorbită la presiune constantă este egală cu creșterea entalpiei AN și nu depinde de calea procesului. Din ecuația (I.40) avem

Astfel, entalpia poate fi definită ca efectul termic (cu semnul corespunzător) al procesului care se desfășoară la presiune constantă.

Valoarea lui U este utilizată în investigarea proceselor izochorice care se produc la un volum constant al sistemului și valoarea proceselor H izobarice care se desfășoară la presiune constantă. În consecință, diferența dintre valorile lui H și U este semnificativă numai pentru sistemele gazoase. Pentru sistemele care conțin substanțe în stare gazoasă lichidă și solidă, valorile lui H și U sunt practic aceleași.

Trebuie remarcat faptul că cantitățile # 8710; H și # 8710; U este considerat pozitiv dacă energia internă și entalpia cresc în timpul procesului.

De obicei în tabelele proprietăților termodinamice ale substanțelor sunt valori ale entalpiei stan-DADR reprezentând efectele termice la o presiune constantă de 100 kPa, în legătură cu temperatura 298.16 K. Termodinamica chi nomice ca în termochimic, operează astfel de concepte ca entalpia formarea unui compus de substanțe simple sau substanțe de timp Proposition entalpie entalpie de tranziție de la o stare la alta, și așa mai departe. n. entalpia schimbare Reacțiile chimice H sunt de obicei determinate ca diferența în entalpia produselor de reacție și a materiilor prime:

Schimbarea de entalpie este considerat a fi pozitiv, în cazul în care căldura de reacție este negativ, adică. E. În cazul în care căldura de reacție este absorbită, și negativ-negativ în cazul în care căldura de reacție pozitivă, m. E. căldură degajată. Cu alte cuvinte, schimbarea în reacție chimică entalpie AH la presiune constantă este egală cu efectul termic al acestei reacții, dar semnul anti-cumparand, adică. E. # 8710; H = -Qp.

Prima lege a termodinamicii are o mare importanță filosofică. Afirmând indestructibilitatea energiei, aceasta justifică indestructibilitatea materiei, deoarece energia non-materiei nu poate exista. În toate procesele de transformare, materia este legată în mod inextricabil de transformarea energiei.







Articole similare

Pagina anterioară

Pagina următoare

Trimiteți-le prietenilor: