Закон термодинамики

Основные понятия и определения

Химическая термодинамика

Химическая термодинамика – раздел общей термодинамики, применяющий термодинамические закономерности к описанию химических реакций.

Объектами исследования в термодинамике являются только макроскопические системы, т.е. системы, состоящие из очень большого числа частиц. Следовательно, и оперирует она

макрохарактеристиками веществ и систем: температура (Т), объем(V), давление(P), плотность (), концентрация (С), и т.д.

Мерой количества вещества является [моль] (частиц). Химическая термодинамика не интересуется механическим протеканием процесса, а оперирует понятиями состояния системы в начальный и конечный момент времени.

С помощью её можно решить задачи:

1. Составить энергетический баланс системы

2. Предсказать направление протекания процесса

3. Предсказать глубину протекания процесса

Система – тело или группа тел, реально или мысленно выделенная из окружающей среды и находящаяся в постоянном взаимодействии с окружающей средой.

Системы разделяются на:

а) Открытые – взаимодействующие с окружающей средой одновременно веществом и энергией.

б) Закрытые – обменивающиеся только энергией, но не веществом.

в) Изолированные – не обменивающиеся ни тем и ни другим. Данные системы являются самыми простыми по математической зависимости, но на практике чаще всего не реализуются.

Параметры – характеристики, описывающие состояние системы.

Параметры подразделяются на:

а) Экстенсивные – т.е. зависящие от массы и пропорциональны ей (объем, масса, теплоемкость, вязкость и т.д.)

б) Интенсивные – т.е. не зависящие от массы (температура, молярная теплоемкость, молярный объем, и т.д.

Если система описывается постоянными параметрами, которые сохраняют свою неизменность бесконечно долгое время, говорят, система находиться в состоянии равновесия.

Если на подобную систему подействовать из вне, она выйдет из состояния равновесия и перейдет в новое состояние. Подобное изменение называется процессом.

Процессы можно разделить на:

1) Равновесные (Квазистатические)

2) Не равновесные

При равновесном процессе изменение хотя бы одного из параметров, описывающих систему, протекает бесконечно долго, через бесконечно большое число состояний равновесия. Данные процессы на практике не реализуются.

Ближе всего к ним относятся квазиравновесные процессы.

Пример такого процесса – расширение газа под поршнем:

В равновесном процессе система должна совершать максимальную работу. При этом путь, совершаемый системой в прямом и обратном направлении будет совпадать только в равновесном процессе.

Внутренняя энергия – общий запас энергии системы, за вычетом кинетической энергии движения тела как единого целого и потенциальной энергии тела, находящегося во внешнем силовом поле.

Любая передача энергии к телу совершается двумя способами:

1. С помощью хаотического движения частиц составляющих тело. Такой способ передачи энергии называется теплотой. Передача энергии в данном случае хаотического столкновения частиц, принадлежащих разным телам

2. Упорядоченное движение частиц, составляющих тело в одном и нескольких направлениях. Такая форма передачи энергии называется работой . Элементарная работа =- произведение силы на элементарное перемещение.

Подобные величины, не являющиеся параметрами системы, но характеризующие различные процессы в системе, называются термодинамическими функциями.

Термодинамические функции делятся на:

1. Функции состояния, изменение которых не зависит от пути перехода системы. К ним относится внутренняя энергия (U)

2. Функции процесса, изменение которых зависит от пути процесса. К ним относится теплота и работа (Q и W)

У функций процесса сумма бесконечно малых изменений есть величина не постоянная

У функций состояния изменение будет всегда одним и тем же.

Основной задачей термодинамики считается предсказание направления протекания процесса. Процессы можно разделить на:

1. Самопроизвольные, которые протекаю самопроизвольно, без внешних воздействий.
2. Не самопроизвольные, которые не протекают без внешних воздействий.

Если в изолированной системе протекает самопроизвольный процесс, в конце его устанавливается равновесие, которое может существовать бесконечно долго, если на систему ничем не действовать.

В основе всей термодинамики лежат 3 закона. Эти законы сформулированы на основе большого опыта и являются основными. Все основные уравнения выводятся из этих трех законов.

Основные формулировки:

1) Невозможно создать вечный двигатель первого рода, то есть такую машину, которая получала бы энергию из ничего.

2) Тепло, подведенное к системе, расходуется на изменение внутренней энергии и совершение работы.

Иногда работу, совершаемую системой, делят на два вида: механическую работу расширения и остальную.

механическая; -остальная.

3) Внутренняя энергия изолированной системы есть величина постоянная.

Абсолютное значение внутренней энергии определить невозможно! Можно говорить лишь об изменении данной функции. С другой стороны, в обратимом процессе совершается максимальная полезная работа, а внутренней энергии в обратимом и необратимом процессе, есть величина постоянная.

То есть, если процесс протекает обратимо (равновесный процесс), требуется большее количество тепла, так как работа, совершаемая системой должна быть больше, а изменение внутренней энергии должно оставаться постоянным.

Дата добавления: 2013-12-12