Термодинамика. Что такое термодинамика Термодинамика это раздел физической химии об использовании и превращениях энергии
 Скачать 3.87 Mb.
|
Что такое термодинамика?Термодинамика - это раздел физической химии об использовании и превращениях энергии.Основные постулаты термодинамики:
(t → ∞).Структура термодинамикиНулевой закон термодинамики Первый закон термодинамики Второй закон термодинамики Третий закон термодинамики Применение законов термодинамики Термохимия Закон Гесса Работа процесса Определение абсолютного значения энтропии Уравнение Гиббса- Гельмгольца при Поверхностные явления Гетерогенное равновесие Гомогенное равновесие Равновесные процессы Равновесие в растворах Электро- химические процессы Что такое термодинамическая система?Термодинамическая система – это тело (или несколько тел) которое может обмениваться энергией с другими телами или веществами, отделенное от внешней среды реальной или воображаемой оболочкой.Термодинамическая система изолированная закрытая открытая Гомогенная Гетерогенная Термодинамическая системаСистема Окружающая среда -Реакционный сосуд -Двигатель -Электрохимическая ячейка -Биологическая клетка Типы термодинамических системЭнергия системы - это ее способность совершать работу система вещество закрытая изолированная вещество энергия Внешняя среда энергия открытая вещество энергия Что такое термодинамический процесс?Термодинамический процесс – это изменение состояния термодинамической системы, которое сопровождается изменением хотя бы одного из параметров.изотерма изобара давление температура объем Термодинамические процессыКлассификация термодинамических процессов Способность достигать равновесия Самопроизвольный Несамопроизвольный Способность процесса происходить Экзотермический (выделение теплоты) Эндотермический (поглощение теплоты) Признак классификации Поглощение или выделение теплоты Изотермический Изобарный Изохорный Адиабатический Один параметр постоянный Обратимый (равновесный) Необратимый (неравновесный) Что такое термодинамический параметр?Термодинамический параметр - это величина, которая описывает состояние термодинамической системы (температура, давление, объем).Термодинамический параметр Интенсивный Не зависит от количества вещества в системе Экстенсивный зависит от количества вещества в системе Температура
Высокая температура Низкая температура Диатермичная граница Энергия в виде теплоты Равные температуры Высокая температура Низкая температура Закон теплового равновесияЕсли объект А находится в тепловом равновесии с объектом В, а объект В находится в тепловом равновесии с объектом С, то объект С тоже находится в тепловом равновесии с объектом А.Равновесие Равновесие Равновесие Давление
Высокое давление Высокое давление Низкое давление Низкое давление движение Равные давления Подвижная стенка Закон Менделеева-КлапейронаЗакон Менделеева-Клапейрона:
изотерма изобара давление температура объем Смеси газовЗакон Дальтона:давление, создаваемое смесью идеальных газов – это сумма парциальных давлений газов.P = pA + pB + …Для каждого газа J:Парциальное давление - это давление, которое создает газ, если он только один присутствует в контейнере.Pj Смеси газов Мольная доля и парциальное давление
Общее давление Парциальное давление В Давление, р Мольная доля Парциальное давление А Законы реальных газовУравнение Ван-дер-Ваальса:Молярный объем объем давление температура Работа: основные понятия
работа теплота теплота Теплота: основные понятия
Диатерми- ческая граница Адиабати- ческая граница Энергия в виде теплоты Энергия Эндотермические и экзотермические процессыПроцессы:
Примеры?Что происходит с теплотой и температурой в экзотермических, эндотермических и изотермических процессах?Изотерми- ческий процесс теплота теплота В чем разница между работой и теплотой? Обоснование на молекулярном уровнеТеплота это передача энергии вследствие хаотичного (беспорядочного) движения молекул (теплового движения)Работа это передача энергии вследствие организованного (упорядоченного ) движения молекул.Внешняя среда Внешняя среда Система Энергия Система Энергия Энергия Энергия Общая энергия системы называется ее внутренней энергией.Внутренняя энергия системы это сумма общей кинетической и потенциальной энергий молекул, составляющих систему.Обозначим ΔU изменение внутренней энергии если система переходит из начального состояния (U1) в конечное состояние (U2):ΔU = U2 – U1
Измерение внутренней энергии КалориметрияКалориметр – прибор для измерения внутренней энергии ΔUQ = CΔTC – константа калориметраQ = IEtI – ток, AE – потенциал, Вt – время, сВвод кислорода термометр запуск вода проба нагреватель Закон сохранения энергииЭнергия не возникает и не исчезает, а только переходит из одной формы в другую.В любой изолированной системе запас энергии остается постояннымРазные формы энергии переходят друг в друга в строго эквивалентных количествах.Первый закон термодинамикиПолученная системой из внешней среды теплота расходуется на увеличение внутренней энергии и на совершение работы.δQ = dU + δWВечный двигатель первого рода невозможен, т.е. невозможно построить машину, которая дает работу без затрат соответствующего количества теплотыПервый закон термодинамикиИзменение внутренней энергии системы может происходить при обмене теплотой и работой с внешней средой.U = δQ − δW ± ΣδWГде ΣδW – сумма всех видов немеханической работы.Работа расширения
Внешнее давление Внешнее давление перемещаемое расстояние, dz площадь давление Общее выражение для работыРабота, необходимая , чтобы переместить объект на расстояние dz против приложенной силы F равна:Работа, совершенная системой, считается положительной Работа расширения идеального газа при постоянном давленииРабота, совершаемая газом при расширении при постоянном давлении равна области на диаграмме (см рис.) давление площадь Объем, V Работа изотермического расширения идеального газаT=const Расширение идеального газа в различных процессах
давление площадь Объем, V Энтальпия: основные понятияδQ = dU + PdVδQ = d(U + PV)Теплота, которая выделяется при постоянном давлении равна изменению энтальпии , H.Энтальпия – термодинамическое свойство системыH = U + PVПоскольку U, P и V являются функциями состояния, то энтальпия – тоже функция состояния.H = QP (при постоянном давлении)работа теплота теплота Энтальпия идеального газаPV = ΔnRTH = U + PV = U + ΔnRTΔn – изменение моль молекул газа в реакции.2H2(г) + O2(г) = 2H2O(ж)Δn = -3 мольΔH – ΔU = ΔnRT = -38.31298 = -7.5kДжТеплоемкость
Температура Внутренняя энергия
Объем Внутренняя энергия U Зависимость U от Т (V = const) Температура Зависимость U от Т Расчет CV
Внутренняя энергия Энтальпия Температура Адиабатический процессПервый этап:V – переменнаяT = constantВторой этап:T – переменнаяV = constantΔU = CV (T2 – T1) = CV ΔTq = 0ΔU = q + WΔU =Wad Wad = CV ΔTОбъем, V Температура V2 V1 Т1, V2 Т2, V2 Т1, V1 T2 T1 Обратимое адиабатические расширение идеального газаИзменение температуры при обратимом адиабатическом расширении идеального газаОтносительный объем V2 /V1 Относительная температура Т2 /Т1 Уравнение адиабатыγ – отношение теплоемкостей Давление, Р Объем, V температура давление объем адиабата изотерма изотерма адиабата Работа и теплота в различных процессахПроцесс изотермический изохорный изобарный адиабатический Работа Теплота Уравнение идеального газа |