legea I a termodinamicii a apărut în epoca creării motoarelor termice. Odată cu apariția motoarelor termice pentru a omenirii sa confruntat cu sarcina de a crea un cost-eficient mașină naturale, în mod ideal - producătoare de muncă fără energie. O astfel de mașină se numește o mașină de mișcare perpetuă am un fel. Perpetuă mișcare mașină de tip I - este motorul care produce lucru mecanic, fără energie.
Există mai multe formulări de drept I al termodinamicii:
1) în orice rezervă sistem izolat de energie internă rămâne constantă;
2) diferite forme de energie în reciproc în cantități strict echivalente (Act echivalența diferitelor forme de energie rezultă din prima formulare);
3) nu se poate obține un loc de muncă fără costul de energie (cu alte cuvinte, imposibil de a crea o mașină de mișcare perpetuă de tip I).
legea I a termodinamicii ar trebui să fie o lege mai general - legea conservării energiei: energia nu dispare și nu apare din nou din nimic în timpul fluxului procesului, se poate muta doar de la o formă la alta într-un raporturi strict echivalente.
Expresia matematică a legii I a termodinamicii în formă diferențială:
și sub formă integrală (3)
Rezultă o formulare lege mai specific I a termodinamicii:
Căldura transmisă la sistemul este consumat de incrementarea interne a energiei și o lucrare.
Utilizarea pictogramelor schimbări infinitezimale în căldură și subliniază, de funcționare care funcționează și de căldură sunt funcții (caracteristici) ale procesului există, atunci când există transfer de energie. Înainte de energia internă este un semn al diferentialului totale în funcție de starea sistemului, deoarece este o cantitate de aditiv (vezi. e yp (2)) și are în total proprietățile diferențiale.
Angajate în cursul lucrărilor este adesea împărțită în două părți:
în cazul în care - activitatea de expansiune și contracție;
- lucrul mecanic util (alte tipuri de lucrări: electrice, magnetice, etc.).
Ecuația legii I a termodinamicii în ceea ce privește expresia
Foarte des în timpul fluxului de procese termodinamice singurul loc de muncă este de a lucra împotriva forțelor de presiune externă, și anume, activitatea de expansiune sau contracție. Apoi, ecuația legii I a termodinamicii devine:
și sub formă integrală.
1.2.2. Aplicarea legii I a termodinamicii la diferite procese
Ecuațiile legea I a termodinamicii cu coeficienți calorice
Din legea I ecuația lui termodinamicii (4), presupunând că energia internă a sistemului depinde de volumul și temperatura. 1 pentru un gaz ideal, obținem:
Din ecuația (4), presupunând că energia internă depinde de presiunea totală și temperatura. 1 pentru un gaz ideal, obținem:
în cazul în care - capacitate de căldură izocoră. Acesta arată cantitatea de căldură necesară pentru a informa sistemul la volum constant pentru a crește temperatura cu 1 grad.
- izobară cąldurii b, arată cantitatea de căldură necesară pentru a informa sistemul la presiune constantă pentru a ridica temperatura cu 1 grad;
Din decizie comună ultimelor ecuații, având în vedere faptul că entalpia unui gaz ideal, precum și energia internă depinde numai de temperatura:
și în conformitate cu ecuația Mendeleev-Clapeyron. atunci
Obținem o ecuație pentru relația dintre un gaz ideal.
Luați în considerare un sistem în care veniturile unui proces al căror unic loc de muncă este de a lucra expansiune.
1. Procesul izocoră (). Din ecuația (4) ca . obținem
După integrare obținem:
Următoarele concluzii pot fi trase din ecuația rezultată:
a) când toată căldura curge proces izocoră, furnizat sistemului este consumat pentru a crește energia internă;
b) funcția stare efect termic proces izocoră are următoarele proprietăți: nu depinde de calea procesului, ci numai cu privire la starea inițială și finală a sistemului.
Ocuparea forței de muncă de expansiune proces izocoră este zero:
2. Procesul de izobară (). Din ecuația 4, obținem:
Sub formă integrală:
Din această ecuație urmați trei concluzii importante:
a) Există funcție de stare, care se numește entalpia H;
b) schimbarea entalpie a procesului este numeric egal cu efectul termic al procesului izobară. Atunci când căldura este transferată la sistemul de la o presiune constantă, este folosit nu numai pentru a crește energia internă a sistemului, dar, de asemenea, pentru a realiza un lucru împotriva forțelor de presiune exterioare;
c) izobară termic proces efect funcție de stare are proprietăți, adică Este independent de calea de curgere, și este determinată numai de starea inițială și finală a sistemului.
munca de expansiune la procesul izobară poate fi calculat:
Integrarea în intervalul de până la:
Pentru procesul de izobară comite un gaz ideal, conform ecuației lui Mendeleev-Clapeyron (1) pentru starea inițială și finală:
activitatea de expansiune este
În cazul în care veniturile obținute din procesul izobară-izoterma (), ultima ecuație devine:
3. Procesul de izoterma () care curge într-un gaz ideal. Deoarece energia internă a unui gaz ideal depinde numai de temperatura, atunci când. Prin urmare,
sau sub formă integrală
Astfel, întreaga intrare de căldură este consumată pentru a efectua muncă sau toate lucrările este transformată în căldură.
Pentru lucrările de extindere a unui gaz ideal, folosind ecuația ecuației Mendeleev-Clapeyron, obținem
După integrare, și având în vedere că, conform ecuației ecuației Mendeleev-Clapeyron (1). obține
4. Luați în considerare procesul care apar într-un proces de sistem izolat sau adiabatică ().
Deoarece procesul are loc fără schimb de căldură cu mediul înconjurător, fie. Conform legii I a termodinamicii pentru un astfel de proces, obținem:
și în formă integrală:
Din această ecuație se poate trage concluzia că funcționarea sistemului izolat poate fi realizată numai prin pierderea energiei sale interne.
Pe baza legii termodinamicii I pot obține ecuația de stare a unui gaz ideal (ecuația adiabatică):
Secțiunea a termodinamicii chimice, consacrată cercetării efectelor termice ale diferitelor procese numite termochimie.
Degajare de căldură sau un sistem de absorbție în timpul unei reacții în absența muncă utilă și aceeași temperatură inițială și finală a substanțelor numite căldura de reacție.
În cazul în care reacția are loc fără alte tipuri de muncă, dar de expansiune de lucru, căldura de reacție la schimbare egală în energia internă (a se vedea ur e (8).), Și atunci când - modificarea entalpiei (a se vedea ur e (9).). Deoarece energia internă și entalpia sunt funcții de starea sistemului, putem trage următoarea concluzie:
Efectul termic al procesului este independentă de calea de curgere și este determinată numai de starea inițială și finală a sistemului în condițiile:
1) procesul se desfășoară la sau;
2) în procesul nu a comis nici un fel de muncă, în plus față de activitatea de expansiune și contracție;
3) temperatura materiilor prime și a produselor de reacție este identic (în timp ce în timpul temperaturii procesului poate varia).
Această prevedere a fost formulată pe baza unor studii experimentale de Hess și Hess numit legea. legea lui Hess este o consecință directă a primei legi a termodinamicii.
Efectul termic al unui rând succesiv este reacțiilor care au loc efectul termic al unui număr de alte reacții au loc succesiv, dacă substanța de capăt inițial al celor două rânduri sunt identice și procese au loc la P = const T sau V, T = const.
legea lui Hess a consecințelor urmează:
1. Atunci când scrieți ecuații termochimice a decis să le includă în căldura de reacție. Aceste ecuații sunt numite termochimic. Căldura de reacție sunt determinate nu numai de natura reactanților, ci și de starea lor de agregare, și, prin urmare, în ecuațiile termochimice prin simboluri (), (), (), respectiv, denota gaz, lichid și stări solide. De exemplu,
Ecuația termochimică au toate proprietățile ecuațiilor pe termen algebrice de termen, acestea pot fi adăugate, se scade, etc.
legea lui Hess permite calcularea efectelor termice ale acestor reacții, pentru care determinare directă implică mari dificultăți experimentale.
Pentru a determina efectele reacțiilor termice folosind ecuațiile termochimice constituie cicluri termochimice și calculate.
2. Entalpia standardul de formare este egal cu suma căldurilor de formare a produșilor de reacție minus suma căldurilor de formare a materiilor prime considerând coeficienții stoichiometrice.
Căldura de formare a substanțelor numite efect de fuziune termică
1 un complex al unui compus de substanțe simple. Căldurile formării substanțelor simple (. Și colab.) Ia zero. căldură standard de formare care urmează să fie indicate. Scrisoarea de la cuvântul englezesc - formație.
3. Entalpia standardul de formare este egal cu suma căldurilor de combustie a materialelor minus suma căldurilor de produși de reacție de ardere considerând coeficienții stoichiometrice de pornire.
Căldura de combustie substanțe numite Entalpia standard a formării de ardere completă a 1 mol de substanță cu oxigen molecular. Căldurile de dioxid de carbon și de ardere a apei ia zero. căldura de combustie standard care urmează să fie indicate. Scrisoarea de la cuvântul englezesc - combustie.
Amploarea literaturii de referință dat căldura de formare și de căldura de combustie din principalele substanțe chimice în condiții standard. Pentru condiții standard acceptat-o presiune de 1 atm. și temperatura 298.
1.3.2. efectul temperaturii asupra efectelor termice ale chimice