Первый закон термодинамики. Энергетические характеристики системы

Энергетические характеристики системы

Внутренняя энергия - U (кДж/моль) – это энергия движения и взаимодействия всех частиц, составляющих данное вещество или совокупность веществ (молекул, атомов, ионов, ядер, электронов и др.). Под этим подразумевается потенциальная и кинетическая энергия отдельных атомов, молекул, ядер и их электронов, колебательная и вращательная энергия отдельных атомов, молекул, а также отдельных фрагментов молекул относительно друг друга, энергия взаимного отталкивания и притяжения частиц, внутриядерная энергия (энергия взаимодействия протонов и нейтронов), лучистая энергия и т.д. Внутренняя энергия – это полная энергия системы без учета кинетической энергии движения системы как целого и потенциальной энергии положения системы (например, относительно земли).

Запас внутренней энергии зависит от природы и физического состояния вещества (твердое, жидкое, газообразное) и прямо пропорционален массе вещества.

Абсолютное значение внутренней энергии системы неизвестно, так как неизвестны условия, при которых внутренняя энергия равна нулю. Даже при Т = 0 К остаются внутриядерные взаимодействия и движение электронов в поле ядра, так что их суммарная энергия не равна нулю, а следовательно, и внутренняя энергия тоже не равна нулю.

В то же время можно измерить ее изменение D U, 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 D U является положительной величиной, если убывает - то отрицательной.

Этот закон является одной из форм закона сохранения энергии и имеет несколько формулировок, из которых наиболее распространенными являются: 1. Энергия не создается из ничего и не уничтожается, она лишь переходит из одной формы в другую; 2. В любом процессе тепло, поглощенное системой, идет на увеличение внутренней энергии и на совершение работы.

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 термодинамики на примере работы паровой машины.

Пар

F

∆ X

Жидк.

Дата добавления: 2015-05-09