Энергетические характеристики системы

Энергетические характеристики системы

  Внутренняя энергия - U (кДж/моль) - это потенциальная и кинетическая энергия отдельных атомов, молекул, ядер и электронов атомов, колебательная и вращательная энергия отдельных атомов или молекул, а также их фрагментов относительно друг друга, без учета кинетической энергии движения системы, как целого, и потенциальной энергии положения системы (например, относительно земли).

Абсолютное значение внутренней энергии системы неизвестно, так как неизвестны условия, при которых внутренняя энергия равна нулю. Даже при Т = 0 К электроны движутся в поле ядра и их энергия не равна нулю, а следовательно, и внутренняя энергия не равна нулю. В тоже время можно измерить ее изменение, например, относительно некоторого значения, соответствующего стандартным условиям.

За стандартные условия в термодинамике принята температура   298 К,  давление 10⁵ Па  (1 атм) и концентрация вещества [C] = 1 моль/л.

Считается, что если в ходе какого-либо процесса внутренняя энергия возрастает, то DU – величина положительная, если убывает - то отрицательная.                                         

ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ

Этот закон является одной из форм закона сохранения энергии, который может быть сформулирован следующим образом: ЭНЕРГИЯ НЕ СОЗДАЕТСЯ ИЗ НИЧЕГО И НЕ УНИЧТОЖАЕТСЯ, ОНА ЛИШЬ ПЕРЕХОДИТ ИЗ ОДНОЙ ФОРМЫ ЭНЕРГИИ В ДРУГУЮ.

  Первое начало термодинамики представляет собой постулат – оно не может быть доказано логическим путем или выведено из каких-либо более общих положений. Истинность этого постулата подтверждается тем, что ни одно из его следствий не находится в противоречии с опытом.

Первое начало термодинамики устанавливает соотношение между теплотой Q, работой А и изменением внутренней энергии системы Δ U.

   Рассмотрим первое начало на примере работы паровой машины.

 

 

Пар

                                                                                                         F

Жидк.

                                                                      ∆ X

                                                         

 

 

         

             Q

      

Здесь Q– подводимоек паровому котлу тепло, которое расходуется на увеличение теплосодержания жидкости и на ее испарение. Генерируемый в котле пар давит на поршень и перемещает его на расстояние ∆ X, увеличивая при этом объем рабочей камеры паровой машины на величинуDV = ∆ X × S. Здесь S– площадь поршня. Таким образом, с помощью поршня совершается работа против внешних сил F.

   Таким образом, тепло подводимое к системе расходуется на увеличение внутренней энергии системы и на совершение работы и в математической форме первый закон термодинамики можно записать в виде ур. 1.

Q = DU + A                (1)

  Здесь А = рDV, р – давление создаваемое паром в рабочей камере паровой машины, а DV – изменение ее объема.

   Рассмотрим первое начало термодинамики в приложении к различным условиям (мы будем рассматривать простейший случай – паровую машину).

Изохорный процесс (V = const; Δ V = 0). Объем рабочей камеры машины в этом случае не меняется – поршень застопорен.

 

 

Поскольку работа расширения равна произведению давления на  изменение объема рDV, а DV = 0, то для изохорного процесса получаем:

                                    DU = Q_V                (2)

 

   Как видно, в изохорных условиях (V = const), и все подведенное к системе тепло расходуется только на увеличение внутренней энергии системы: А=0; Q_V = ∆ U.

Изобарный процесс.  При (Р = const) подводимое к системе тепло расходуется на увеличение внутренней энергии и на совершение работы расширения газа:

Q_p =U₂ – U₁ + P(V₂ -V₁) или Q_p =U₂ – U₁ + А

Это уравнение можно переписать в форме:

Q_p = (U₂ + PV₂) - (U₁ + PV₁);                                             (3)

Q_p = ∆ H = U + PDV

   Из уравнения  (3) следует, что подводимая в изобарных условиях к системе теплота расходуется на приращение некоторой функции состояния, которая называется ЭНТАЛЬПИЕЙ или - знергией расширенной системы:  

 

H = U + PV (кДж/моль).                               (4)

                        

    Таким образом, изменение энтальпии – это теплота, подведенная к системе при изобарном процессе (Q_p = ∆ H), которая расходуется на изменение внутренней энергии и на совершение работы.

   Условно считается, что энтальпии образования (про энтальпии образования веществ смотри ниже) простых газов или простых твердых веществ в одной из наиболее устойчивых аллотропных модификациях в стандартных условиях равны нулю. Например:

    С (графит) - (0 кДж/моль), алмаз - (1, 828 кДж/моль);

    Sn (белое) - (0 кДж/моль), Sn (серое) - (-2, 1 кДж/моль);  

    Р (красный) - (-17, 6 кДж/моль);   Р (белый) - (0 кДж/моль)

    S (ромб) - (0 кДж/моль);  S (моноклинич) - (0, 38 кДж/моль)

⇐ Предыдущая12345678Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: