Закон сохранения энергии

Законы сохранения

Основные понятия

Теоретические основы процессов химической технологии.

Теоретическим фундаментом науки о процессах и аппаратах химической технологии являются следующие основные законы природы:

1. Законы сохранения массы, энергии и импульса.

2. Законы термодинамического равновесия.

3. Законы переноса массы, энергии и импульса.

4. Законы химической кинетики.

Введем следующие понятия.

Множество всех материальных объектов условно разбивают на систему и окружающую среду.

Система, полностью лишенная возможности взаимодействовать с окружающей средой, называется изолированной. Система, которая обменивается с окружающей средой только энергией, называется закрытой (замкнутой). Система, которая обменивается с окружающей средой веществом и энергией, называется открытой.

Все физические величины, используемые для количественной характеристики системы, называются ее свойствами (параметрами).

Свойства системы, являющиеся суммой соответствующих свойств подсистем, называются экстенсивными (или аддитивными). Это масса, объем, электрический заряд.

Свойства системы, не являющиеся суммой соответствующих свойств подсистем, называются интенсивными (неаддитивными). Это температура, давление.

Гомогенными называются системы, составляющие которых, перемешаны на молекулярном уровне. Например, смеси газов, жидкие и твердые растворы.

Гетерогенные или многофазные системы характеризуются, в отличие от гомогенных систем, наличием макроскопических включений. Это газовзвеси, аэрозоли, суспензии, эмульсии.

Фазa - гомогенная часть системы, отделенная от других частей физическими границами.

Например, суспензия – смесь жидкости с твердыми частицами, это двухфазная система, одна фаза ‑ жидкость, вторая – твердые частицы.

Законы сохранения массы, импульса и энергии, допускают только такие превращения, при которых суммарные масса, энергия и импульс внутри изолированной системы остаются неизменными. Законы сохранения имеют форму уравнений балансов (например, теплового и материального).

интегральная форма записи - это уравнения балансов к системе в целом или отдельным ее частям, локальная форма - к отдельным точкам пространства

Первый закон термодинамики - у всякой изолированной системы внутренняя энергия остается постоянной, т.е.

,

где U - внутренняя энергия системы.

Если система не является изолированной и получает из окружающей среды некоторое количество энергии в форме теплоты , то часть ее расходуется на производство работы , другая часть идет на увеличение внутренней энергии системы:

,

где Q – теплота, A – работа.

- характеризуют не систему, а процессы ее взаимодействия с окружающей средой, поэтому они не являются полными дифференциалами.

Тепловой баланс можно записать так:

,

где - теплота, вводимая в аппарат с исходными материалами; - тепловой эффект физических и химических превращений; - теплота, выводимая из аппарата с конечными продуктами; - потери теплоты в окружающую среду.

Дата добавления: 2014-01-11