Первый закон химической термодинамики. Первый закон термодинамики представляет собой в наиболее общем виде закон сохранения энергии для систем

Первый закон термодинамики представляет собой в наиболее общем виде закон сохранения энергии для систем, в которых изменение энергии происходит в виде теплоты и работы.

Для любого процесса соблюдается равенство: Q = ΔU + A

Формулировка 1-ого закона химической термодинамики: теплота, подведённая к системе, расходуется на изменение внутренней энергии и совершение работы:

Q = ΔU + A, (1.3)

где Q – теплота, Дж

ΔU – изменение внутренней энергии, Дж

А – работа, Дж.

U – внутренняя энергия. Внутренней энергией называется сумма кинетической энергии движения частей системы и потенциальной энергии их взаимодействия между собой ( включая энергию межмолекулярного взаимодействия в среде, энергию поступательного и вращательного движения молекул, энергию внутримолекулярных колебаний атомов и атомных групп, энергию движения электронов и других частиц).

Внутренняя энергия системы это функция состояния вещества, её изменение не зависит от пути перехода из одного состояния в другое, а определяется лишь начальным и конечным состоянием системы.

Абсолютное значение внутренней энергии определить невозможно, можно определить только её изменение (DU).

В термодинамике обычно исследуют две формы передачи энергии от одной системы к другой – теплоту и работу.

Теплота (Q) – микроскопическая форма передачи энергии при столкновении хаотически движущихся молекул и атомов соприкасающихся тел.

Под работой (А) подразумевается работа системы против внешних сил (давления, электрических и магнитных полей и др.)

В отличие от внутренней энергии, работа и теплота не являются функциями состояния системы, они зависят от вида процесса и их изменение зависит от пути процесса. С учётом этого математическая формулировка первого закона термодинамики будет иметь вид:

δQ = dU + δA, (1.4)

где dU – полный дифференциал внутренней энергии системы;

δQ – бесконечно малое изменение теплоты;

δА – бесконечно малое изменение работы.

В последнем уравнении знак полного дифференциала (d) характеризует функцию состояния системы U, а знак δ характеризует бесконечно малое изменение свойств системы Q и А, которые не являются функциями состояния.

Если система переходит из одного состояния характеризуемого объёма V₁ в другое, с объёмом V₂ то:

, где А¢ - работа против всех сил, действующих на систему, кроме внешнего давления. рDV – работа расширения системы.

Если изучаемая система находится только под действием давления, то A = рDV, тогда 1-ый закон термодинамики имеет вид: .

1) Для изохорных процессов (V=const, ΔV=0):

, т. е. теплота расходуется только на изменение внутренней энергии.

2) При постоянном давлении (изобарные процессы):

, где Н – энтальпия (теплосодержание системы), т. е.

Энтальпия – функция состояния системы, она не зависит от пути перехода системы из одного состояния в другое. Абсолютное значение энтальпии определить невозможно, можно определить только её изменение. В термохимии изменение энтальпии называют тепловым эффектом реакции.

Энтальпия процесса

Дата добавления: 2014-01-06