I закон термодинамики
Термодинамику формируют три основных закона (или Начала). Первый закон термодинамики формулируется следующим образом: «Невозможно создать вечный двигатель первого рода (perpetuum mobile), т.е. такой, который производил бы работу без каких-либо затрат энергии». В раскрытии этого закона важную роль сыграли работы Гесса, Майера, Джоуля, Гельмгольца и др. Из этого закона следует принцип эквивалентности между теплотой и работой. Математическая запись данного закона выражается следующими уравнениями:
Q=DU+W
dQ=dU+dW
Теплота, полученная системой (dQ; Q), расходуется на работу (dW; W), совершаемую системой и увеличение ее внутренней энергии (dU; DU). Из этих трех энергетических величин только внутренняя энергия является функцией состояния системы и поэтому однозначно определяется параметрами системы (т.е. она является полным дифференциалом).
Теплота и работа представляют собой формы передачи энергии и поэтому являются функциями процессов. Они не являются полными дифференциалами.
Работа делится на совершаемую против внешних сил, т.е. работу расширения
dWрас=PdV; Wрас=òPdV; W=-òVdP
и работу, не связанную с изменением объема, условно называемую ’’полезной’’ dW/,
W/= ådW/
Последняя может совершаться только при изменении состава системы.
Теплота зависит от теплоемкости системы (с) и температуры
Q=ådQ=ònC(T)dT
Следует учитывать, что сама теплоемкость тоже зависит от температуры. Эта зависимость выражается уравнением (для случая, когда Т>Т0=298К):
с(T)=a+bT+cT2+ c/T-2
Где: а, в, с, с/ - коэффициенты, зависящие от природы и агрегатного состояния вещества, определены экспериментально и приведены в справочниках физико-химических величин. При использовании различных справочников результаты расчетов могут несколько отличаться.
В случае приближенных расчетов обычно достаточно использование выражения:
с(Т)=а+bТ
Для газообразных веществ различают теплоемкости при постоянном объеме (сv) и постоянном давлении (ср). Связь между этими величинами определяет уравнение Майера:
сp-сv=R Если ср,сv – мольные, то R=const=8,31Дж/моль×К
сp-сv=R Если ср,сv – массовые, то R=Rуд¹const
Например, для воздуха значение этой величины при н.у. равно ~280 Дж/кг×К
Для идеальных газов теплоемкости постоянны и без учета энергии колебательного движения молекул (что справедливо при сравнительно невысоких температурах) равны:
- для одноатомных молекул сV=R×3/2;
- для двухатомных и линейных многоатомных молекул
сV=R×5/2;
- для нелинейных трехатомных и многоатомных молекул
сV=3×R.
Используя соотношение между теплоемкостями при постоянном давлении и постоянном объеме, выражают следующую величину показателя адиабаты:
g=сP/сV
значение которого для идеального газа зависит только от числа атомов в молекуле газа. Для теплоемкостей можно использовать и такие выражения как:
сP=gR/(g-1)
сv=R/(g-1)
для одноатомных газов g=5/3=1,67
для двухатомных газов g=7/5=1,40
для трехатомных газов g=9/7=1,30
Для жидких и твердых веществ теплоемкости ср и сV близки по величине:
ср @сV
Для систем, не совершающих полезной работы (W/=0), первый закон термодинамики принимает вид:
dQ=dU+PdV
при V=const dQv=dU, Qv=DU
при V=const dQP=dU+PdV=d(U+PV)
Величина Н=U+PV называется энтальпией (или теплосодержанием системы). Энтальпия, подобно внутренней энергии, является функцией состояния системы и определяется ее параметрами:
dQp=dH, QP=DH.
Дата добавления: 2020-10-14; просмотров: 561;