Законы термодинамики и термодинамические величины (функции) системы

Законы термодинамики и термодинамические величины (функции) системы Законы термодинамики касаются термодинамических систем — совокупности тел, которые могут обмениваться между собой и с другими телами внешней среды энергией и веществом. Термодинамические величины (функции или параметры) — это физические величины — характеристики состояния системы, которые взаимосвязаны в уравнениях состояния системы. С некоторыми из них (давление, объем, температура) мы уже знакомы. Теперь рассмотрим более сложные, в том числе «внутренняя энергия», «энтальпия», «энтропия», «энергия Гиббса», с помощью которых формулируются термодинамические законы.
заказать требы в Краснодаре

Первый закон термодинамики отражает всемирный закон сохранения энергии за преобразование тепла в работу, и наоборот. Одно из его формулировок: тепло, которое подводится к системе Q , может тратиться на увеличение внутренней энергии (интенсивности движения молекул или атомов) системы U и выполнение ею работы. Если система с внутренней энергией переходит в состояние с внутренней энергией, получая из внешней среды тепло Q , то ее внутренняя энергия составит. Но, если при этом система будет выполнять работу А над внешней средой, то ее внутренняя энергия уменьшится именно на величину А . , Откуда изменение внутренней энергии, а приподнятое тепло. Именно это уравнение и составляет математическое выражение первого закона термодинамики . Иногда можно встретить запись, или, в котором А — работа, которая выполняется над системой, что увеличивает ее внутреннюю энергию. Для газовой системы работа А , которую она выполняет, увеличивая объем на, сказывается произведением внешнего давления Р изменение объема — Уравнение изменения внутренней энергии будет выражение: Если изменение внутренней энергии системы, в которой поступает тепло, происходит практически без изменения ее объема, следовательно, без выполнения работы, то член уравнения будет равен нулю, что имеет место за нагрева твердого вещества или жидкости. Изменение внутренней энергии такой системы определяется по формуле:, где — молярная теплоемкость; n — количество молей; &Mdash; разница между конечной и начальной температурами. Для химических реакций (за) изменение внутренней энергии равно тепловому эффекту, взятом с обратным знаком. А меняет какую еще функцию системы теплота, которую теряет или поглощает система при изменении объема при постоянном давлении, то есть выполняя работу, когда? Такая термодинамическая функция состояния системы существует и называется энтальпией . Она обозначается буквой H и определяется уравнением:, где p — внутреннее давление системы (обозначается малой буквой в отличие от P для внешнего давления), U — внутренняя энергия системы (движения и взаимосвязи атомов или молекул). Член уравнения pV — энергия системы, определяется пространством V . Иногда ее называют внешней энергией. Изменение энтальпии определяется уравнением: . Подставив вместо его значение из выражения первого закона термодинамики, получим:. В открытых природных и химических технологических процессах расширения системы происходит внутреннего давления системы p , равный внешнему атмосферному P , следовательно,. Уравнение упрощается:. Такой же выражение будет уравнение изменения энтальпии в системах химических реакций в твердом или жидком агрегатном состоянии, в котором изменения объема незначительные. Следовательно, в таких реакциях поглощения или потеря тепла (или) равна изменению внутренней энергии системы, а изменение энтальпии будет соответствующий знак и. Обратим внимание, что тепловой экзотермический эффект реакции относительно энтальпии меняет знак, поскольку система теряет энергию, а за эндотермических реакций наоборот: тепловому эффекту соответствует (система поглощает энергию). Термодинамическая функция энтальпии . Знание величины энтальпии процессов естественных и технологических систем позволяет рассчитывать направления их развития, прогнозировать продукты химических реакций и тепловой эффект. Для этого используют показатель стандартной молярной энтальпии образования вещества — изменение по реакции образования сложного вещества из элементов по 298 К и давлении в 1. Это обозначают как. В табл. 13 приведены стандартные энтальпии образования, а в табл. 14 — сгорания веществ. Приведем примеры использования таблиц для оценки энергии солнца, поглощенной растением за образование 1t биомассы. Обратимся к известной реакции фотосинтеза глюкозы . Выпишем табл. 13 значения стандартных энтальпий образования соединений реакции, помня, что для простых соединений. Для реагентов: СО2 (- 393); Н2О (- 295,8). Для продукта: С6Н12О6 (- 1276); О2 (О). Табл. 13 Таблица 14 СТАНДАРТНАЯ молярной энтальпии ЗГОРЯННЯРЕЧОВИН ЗА 298 К и давлении

Вещество Вещество
Н2 (г)  — 285,8 С3Н8 (пропан)  — 2229,7
С (графит)  — 393,5 С4Н10 (г) (бутан)  — 2879,6
С (алмаз)  — 395,4 С6Н6 (г) (бензол)  — 3267,4
СН4 ( г) (метан)  — 890,2 С2Н5ОН (р) (этанол)  — 1367
С2Н4 (г) (этилен)  — 1410,9 С6Н12О6 (тв) (глюкоза)  — 2816
С2Н6 (г) (этан)  — 1559,7  —  —
Энтальпия реакции фотосинтеза равна разнице между cумою соединений продукта реакции и суммой энтальпий образования реагентов. В этой конкретной реакции энтальпия составит . Итак, =. Соответственно на 1t биомассы (глюкозы) количество поглощенной солнечной энергии определим через пропорцию. Эта энергия эквивалентна 4500 электроэнергии или 500 литрам бензина.