КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
И его применение к различным процессам
Первый закон термодинамики является количественной формулировкой всеобщего закона сохранения энергии применительно к процессам, связанным с превращениями теплоты и работы. Он утверждает, что в любой изолированной системе запас энергии остается постоянным. Первый закон термодинамики возник в эпоху создания тепловых двигателей. С появлением тепловых машин перед человечеством встала естественная задача создания экономически выгодных машин. Предпринимались многочисленные попытки создания вечного двигателя I рода − тепловой машины, производящей работу без затрат энергии. Невозможно создать вечный двигатель I рода − это утверждение также является одной из формулировок первого закона термодинамики. Необходимо отметить, что первый закон термодинамики представляет собой постулат − он не может быть доказан логическим путем или выведен из каких-либо более общих положений. Истинность этого закона подтверждена многолетним опытом человечества. Первый закон термодинамики устанавливает связь между теплотой Q, работой А и изменением внутренней энергии системы D U. Пусть к закрытой системе подведено некоторое количество теплоты Q. Согласно первому закону термодинамики эта теплота идет в общем случае на увеличение внутренней энергии и на совершение системой работы: Q = D U + A. (1.2) Для бесконечно малых величин . (1.3) Знак d в уравнении (1.3) отражает тот факт, что теплота и работа − функции процесса и их бесконечно малое изменение не является полным дифференциалом. В уравнениях (1.2) и (1.3) используется термодинамическая система знаков: теплота положительна, если она передается системе; работа положительна, если она совершается системой. В общем случае работа является суммой нескольких качественно различных видов работ (механической, электрической, магнитной, поверхностной и др.). Принято все виды работ за исключением работы расширения (сжатия) называть полезной работой . С учетом этого первый закон термодинамики примет вид: . Если совершается только работа расширения (сжатия) pdV, то . (1.4) Рассмотрим простейшую термодинамическую систему – газ, находящийся в цилиндре с поршнем. При подводе к нему теплоты Q газ нагревается (следовательно, увеличивается его внутренняя энергия) и расширяется (совершается работа). Таким образом, теплота расходуется частично на увеличение внутренней энергии и частично на совершение работы против внешних сил. Применим уравнение (1.4) для анализа основных термодинамических процессов. 1) Изохорный процесс (V = const, dV = 0). Так как работа расширения при этом равна 0, то, очевидно, что вся теплота, подведенная к системе, идет на увеличение внутренней энергии: , . Таким образом, теплота изохорного процесса равна изменению внутренней энергии и, следовательно, является функцией состояния. 2) Изобарный процесс (p = const, dp = 0). Уравнение (1.4) в этом случае запишется в виде , где U + pV = H − функция состояния системы, называемая энтальпией. , Qp = D H. Таким образом, теплота изобарного процесса равна изменению энтальпии и является функцией состояния. Получим формулу для расчета работы расширения, совершаемой в изобарном процессе. d А = pdV. Проинтегрируем в интервале от V 1 до V 2: . Для изобарного процесса, протекающего в идеальном газе, в соответствии с уравнением Менделеева-Клапейрона (1.1) для начального и конечного состояния , работа расширения равна . Если протекает изобарно-изотермический процесс (р, Т = const), уравнение принимает вид: , где . Связь между QV и Qp определяется уравнением: . Для реакций, протекающих с участием только конденсированных фаз, объем системы практически не изменяется (D V = 0) и Q p» Q v. Для реакций, протекающих с участием веществ в газообразном состоянии, в том числе идеальных и реальных газов при невысоких давлениях, к которым применимо уравнение Менделеева-Клапейрона, изменение объема вызвано уменьшением или увеличением числа моль газообразных компонентов в системе , где D n – изменение числа моль газообразных продуктов реакции и исходных веществ: . Следовательно, или . 3. Изотермический процесс (Т = const) Рассмотрим изотермический процесс, протекающий в идеальном газе. Согласно закону Гей-Люссака-Джоуля внутренняя энергия идеального газа зависит только от температуры и не зависит от давления и объема. Это значит, что при . Для идеального газа в соответствии с уравнением (1.1) , . После интегрирования . При Т = const , тогда . 4) Адиабатический процесс осуществляется без теплообмена с окружающей средой (d Q = 0). d A = − dU, A = − D U. В адиабатическом процессе работа может совершаться только за счет убыли внутренней энергии.
Дата добавления: 2013-12-11; Просмотров: 260; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |