Второй закон термодинамики. Cамопроизвольные и несамопроизвольные процессы

Cамопроизвольные и несамопроизвольные процессы

Тепловые эффекты реакции

В зависимости от типа реакций различают тепловые эффекты:

Теплота образования вещества – тепловой эффект образования 1 моля сложного вещества из простых.

C + O₂ = CO₂ ΔН⁰_{298 CO2 (г)} = -393.513 кдж/моль

Теплота разложения вещества - тепловой эффект разложения 1 моля сложного вещества на простые вещества:

СО₂ = C + O₂ ΔН _р-ции = + 393.513 кдж/моль

Теплота сгорания вещества – тепловой эффект реакции взаимодействия вещества с кислородом до образования продуктов полного окисления.

СН₃СООН+ О₂ = СО₂ + Н₂О ΔН _сгор = 209,4 ккал/моль

Различают также теплоту растворения – тепловой эффект или количество тепла, которое выделяется или поглощается при растворения 1 моля вещества в таком же количестве растворителя и теплоту нейтрализации – количество тепла, которое выделяется или поглощается при нейтрализации 1 г-экв. кислоты 1 г-экв основания.

Закон сохранения энергии утверждает, что количество энергии при любых превращениях остается неизменным. Но он ничего не говорит о том, какие превращения возможны. Между тем, многие процессы, вполне допустимые с точки зрения закона сохранения энергии, никогда не протекают в действительности. Примеры необратимых (однонаправленных) процессов: Нагретые тела остывают, передавая свою энергию более холодным окружающим телам. Обратный процесс передачи тепла от холодного тела к горячему не противоречит закону сохранения энергии, но такой процесс самопроизвольно никогда не происходит. Другой пример: затухание колебаний маятника.

Все эти примеры говорят о том, что процессы в природе имеют определенную направленность, никак не отраженную в первом законе термодинамики. Другими словами, все макроскопические процессы в природе протекают только в одном направлении и. В обратном направлении они самопроизвольно протекать не могут. Все процессы в природе необратимы. Самые трагические из них – старение и смерть организма.

Необратимыми называются процессы, которые могут самопроизвольно протекать только в одном определенном направлении; в обратном направлении они могут протекать как одно из звеньев более сложного процесса. Так например можно увеличить число колебаний маятника, подтолкнув его рукой. – т.е. нужны внешние силы, приложение работы над системой.

Второй закон термодинамики указывает направление возможных энергетических превращений и тем самым выражает необратимость процессов в природе. Нем. ученый Р. Клаузиус сформулировал второй закон термодинамики так: Невозможно перевести теплоту от более холодной системы к более горячей при отсутствии других одновременных изменений в обеих системах или окружающих телах.

Самопроизвольные или положительные процессы – процессы, идущие без затраты работы, энергии извне. В результате совершается работа против внешних сил. Равновесие.

Несамопроизвольные или отрицательные процессы не идут сами собой, для проведения необходимо затратить работу в количестве пропорциональном происходящему изменению.

2 закон термодинамики устанавливает некоторые общие критерии самопроизвольного или несамопроизвольного процессов, а также критерии равновесия, т.е. указывает вероятность протекания процесса: В изолированной системе самопроизвольно протекают только те процессы, при которых энергия переходит от более высокого уровня к более низкому.

Формулировки второго закона:

1. Теплота не может переходить сама собой от более холодного тела к более теплому (Ломоносов).

2. Невозможен круговой процесс, единственным результатом которого является превращение тепла в работу.

3. Нельзя построить машину, которая, превращая тепло в работу, пользовалась бы теплом от некоторого источника и работала бы только при одной температуре этого источника.

Тепло превращается в работу в тепловых машинах. Они осуществляют работу за счет превращения тепла от источника - нагревателя. Но не все тепло нагревателя может быть превращено в работу. Некоторая часть тепла обязательно переходит к телу с более низкой температурой – холодильнику. Работа производится за счет разности температур нагревателя и холодильника:

A = Q₁ – Q₂, где

Q₁ – тепло, полученное машиной от нагревателя

Q₂ – тепло, отданной машиной холодильнику.

Принципиальная схема тепловой машины:

Т1 – температура нагревателя     Тепловой двигатель     Т2 – температура холодильника

Отношение работы, произведенной машиной к величине тепла, полученного от нагревателя, называется термодинамическим коэффициентом полезного действия – КПД машины:

Математическая формулировка второго закона: Нельзя достичь 100% КПД, но чем больше разность температур нагревателя и холодильника, тем выше КПД:

Дата добавления: 2015-05-09