Физическая химия

 Главная   Общая  Неорганическая  Органическая  Физическая  Поиск реакции 

Первый закон термодинамики

Основные определения

Теплообмен - процесс обмена энергией без совершения работы. Теплообмен можнорассматривать как передачу энергии за счет неупорядоченного, хаотического движения частиц. Если энергия передается за счет упорядоченного, согласованного движения частиц, то такой такой процесс называется работой (W).

Теплота, количество теплоты (Q) - энергия, переданная в процессе теплообмена.

Внутренняя энергия системы (U) - это разность между полной энергией системы и ее потенциальной икинетической энергии как целого:

U = Eполн - ( Eкин + Eпотенц)

Внутренняя энергия системы является функцией состояния. Абсолютное значение внутренней энергии измерить практически невозможно, однако изменения внутренней энергии в различных процессах могут быть определены с большой точностью.Поэтому обычно записывают именно изменение внутренней энергии в виде U.

Формулировка закона

Первый закон термодинамики имеет несколько формулировок. Одна из них выглядит так:

При совершении кругового процесса (такого, при котором система снова возвращается в исходное состояние) алгебраическая сумма теплот равна сумме работ:

Для бесконечно малых изменений в системе это уравнение имеет следующую форму:

Для отдельного элементарного процесса выполняется следующее соотношение между теплотой, внутренней энергией и работой:

Внутренняя энергия системы является функцией состояния, изменение которой не зависит от пути процесса, а определяется только начальными и конечными значениями параметров системы. Для кругового процесса, при котором начальные и конечные параметры состояния совпадают, изменение внутренней энергии равно нулю:

Работу в термодинамике часто представляют в виде двух составляющих:

где - работа расширения системы (механическая работа), а - полезная работа. Термодинамический процесс может протекать без совершения полезной работы.

Система, не совершающая полезную работу, называется простой.

К числу простых систем относится, например, идеальный газ. В случае простых систем первый закон термодинамики выглядит так:

Одна из важнейших задач термодинамики - вычисление теплоты и работы пройессов. Работу расширения можно вычислять в тех случаях, когда известно уравнение состояния системы, т.е. функциональная зависимость между ее параметрами состояния. Например, для идеального газа уравнением состояния является уравнение Менделеева-Клапейрона:

применимое для газов, находящихся при высоких температурах и низких давлениях.

Теплота процесса может быть вычислена, если известна теплоемкость системы, представляющая собой отношение количества теплоты, получаемое системой, к вызванному этой теплотой повышению температуры:

Каждому термодинамическому процессу отвечает свое значение теплоемкости. Особое место в термодинамике занимают теплоемкость при постоянном объеме:

и постоянном давлении:

Для идеального газа разность теплоемкостей при постоянном давлении и постоянном объеме равна универсальной газовой постоянной:



    © Короленко М.В., 2009-2016                      *7738*25*124*

          Индекс цитирования          Эта страница помогла? Покажите ее друзьям!