Ecuația fundamentală a termodinamicii pentru sistemele închise în care nu apar reacții chimice
Există cinci variabile în această ecuație. Pot fi măsurate trei cantități. Schimbarea energiei interne poate fi măsurată cu condiția ca volumul să fie constant. Entropia nu poate fi măsurată direct, dar poate fi calculată dacă sunt cunoscute cantitățile rămase. Parametrii sunt legați unul de altul printr-o ecuație termică a stării formei
astfel încât să puteți selecta numai doi parametri independenți.
Energia internă poate fi exprimată prin parametrii termici folosind o ecuație calorică de stare a formei
Ambele ecuații ale stării sistemului sunt alese pe baza datelor experimentale sau a conceptelor teoretice.
Construcția ecuației calorice de stat pe baza măsurării capacității de căldură.
Capacitatea de căldură a unui corp C este raportul dintre o cantitate infinită de căldură. obținută de organism, la creșterea corespunzătoare a temperaturii sale:
Când masa corpului este unitate, capacitatea de căldură se numește căldura specifică. Mai convenabil este capacitatea de căldură molară - capacitatea de căldură a unui mol de substanță.
Creșterea temperaturii încă nu determină complet starea de închidere infinit în care sistemul trece de la o anumită stare.
Luați în considerare, de exemplu, un corp omogen din punct de vedere fizic, a cărui stare este complet determinată de doi parametri, în care se poate lua un volum și o temperatură.
Fie starea inițială reprezentată de un punct (vezi Fig.). Desenați o linie dreaptă. paralel cu axa volumului și separat de punct cu o valoare. Toate punctele din această linie reprezintă state cu aceeași temperatură. dar cu volume diferite. Un sistem dintr-o stare poate merge în stări diferite. situată pe această linie. Toate aceste tranziții corespund aceleiași creșteri de temperatură, dar, în general, diferite cantități de căldură. Vor exista diferite capacități de căldură ale sistemului în astfel de tranziții.
Prin urmare, capacitatea de căldură este o caracteristică a nu a unei stări a sistemului, ci a două stări infinit de apropiate ale acestuia, dintre care una este starea inițială, iar cealaltă este finită.
În loc de două stări infinit de aproape se poate specifica una dintre ele și direcția căii de tranziție a sistemului la o stare infinit de aproape.
Astfel, capacitatea de căldură nu este o funcție a stării corpului, ci este o caracteristică a unui proces infinitezimal. făcute de organism.
Să dăm acest raționament o formă cantitativă.
Volumul depinde nu numai de temperatură. dar și din cauza persecuției. În funcție de modul în care se schimbă presiunea, raportul poate lua orice valoare. Pentru a da acestei expresii un sens unic, trebuie să stabilim semnificația acestei relații. Cu alte cuvinte, este necesar să se indice în plan direcția căii de-a lungul căreia sistemul trece într-o stare aproape infinită.
Deoarece această direcție poate fi orice, capacitatea de căldură. în general, poate lua orice valoare de la până la. În special:
pentru procesul izotermic. deoarece în acest caz.
pentru procesul adiabatic.
De o importanță deosebită sunt capacitățile de căldură pentru un volum constant (capacitatea de căldură izocorică) și o presiune constantă (capacitatea de căldură izobarică).
Dacă volumul rămâne constant, atunci. și, prin urmare,
Dacă procesul se desfășoară la o presiune constantă, apoi pe baza definiției entalpiei. prin urmare
Ecuația fundamentală a termodinamicii pentru sistemele închise include cinci variabile. Pot fi măsurate trei cantități. Parametrii independenți pot fi oricare două dintre cele cinci variabile listate, astfel încât este posibil să se noteze un număr de funcții de stare termodinamică a două variabile independente: etc.
În termodinamică, funcțiile caracteristice sunt adesea folosite pentru a descrie sistemul.
Funcția de stat de sistem a doi parametri independenți se numește caracteristică dacă această funcție și derivații ei în termeni de parametri pot exprima toate proprietățile termodinamice ale sistemului.
De exemplu, funcția este caracteristică. și sunt parametri independenți și u sunt determinate pe baza ecuației (*).
Iar valoarea entalpiei este determinată de relație
Se poate verifica cu ușurință că astfel de funcții, precum și funcții caracteristice. Un număr de funcții caracteristice pot fi scrise, dar, de obicei, în termodinamică, cele mai frecvente sunt cele patru:
Folosind formulele (*) și (**), notăm diferențele dintre aceste funcții și definim variabilele standard ale funcțiilor caracteristice corespunzătoare:
Energia liberă a lui Helmholtz F.
Energia liberă a lui Gibbs G.
Funcțiile sunt numite și potențiale termodinamice. Să definim potențialul termodinamic.
Un potențial termodinamic este o funcție caracteristică a cărei pierdere într-un proces inversabil, atunci când valorile perechii corespunzătoare de parametri sunt constante, este egală cu munca maximă utilă.
Posibilitățile termodinamice tind către un minim atunci când sistemul se mută la echilibru. Rescriem expresiile pentru diferențialele a patru potențiale termodinamice compact:
Formulele (***) formează baza pentru obținerea unor relații termodinamice care se referă la cantitățile termodinamice și la parametrii determinați experimental. Astfel de relații pot fi obținute în diverse moduri. De exemplu, există o expresie pentru diferența totală a formularului
atunci sunt valabile următoarele ecuații:
Folosind () și () se poate obține o întreagă serie de relații utile între cantitățile termodinamice.
Entropia este de obicei considerată ca o funcție a variabilelor; sau. Scriind expresia pentru diferențialul total, găsim relațiile dintre entropie și parametrii determinați experimental ai sistemului.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: