- •Особенности термодинамики как науки.
- •Основные определения термодинамики.
- •Координаты и потенциалы.
- •Пример 3. Химические реакции и фазовые превращения.
- •Правило знаков для потенциалов:
- •Теплота и работа. Внутренняя энергия.
- •Работа на деформацию (деформационная работа).
- •Взаимодействия равновесное и неравновесное. Процессы статические и нестатические.
- •Уравнения состояния системы.
- •Уравнения состояния реальных газов.
- •Работа и теплота. Свойства работы и теплоты.
- •Характеристические функции.
- •Дифференциальные соотношения термодинамики.
- •Отличительные особенности типов дифференциальных соотношений.
- •2. Теория теплоёмкости разнородных систем.
- •2.1. Виды теплоемкостей.
- •2.2. Общая формула для теплоемкостей однородных систем.
- •2.3. Теплоёмкость идеального газа.
- •2.4. Зависимость теплоёмкости от давления, объёма и температуры.
- •2.5.Исследование теплоемкостей идеального газа.
- •2.6.Исследование зависимости изохорной и изобарной теплоёмкостей идеального газа от величины температуры.
- •2.7.Зависимость теплоёмкости от температуры. Истинная и средняя теплоёмкости.
- •3.Вычисление энтропии.
- •3.1.Энтопия. Общие формулы для энтропии идеального а реального газов.
- •3.2.Уравнение адиабаты реального газа в общем виде.
- •4.Исследование термодинамических процессов.
- •4.1.Политропный (политропический) процесс.
- •4.2.Метод определения показателя политропы по двум точкам.
- •4.3.Теплоемкость в политропном проессе.
- •4.4.Работа, теплота и внутренняя энергия в политропном процессе.
- •Исследование изопроцессов. Работа, теплота и внутренняя энергия в изопроцессах.
- •Второй закон термодинамики.
Пример 3. Химические реакции и фазовые превращения.
В этом случае координатой состояния системы является mi – массаi-тых компонентов системы. У каждого взаимодействия данного рода есть только одна координата состояния системы.
Xх\ф является mреагентов или фазовых системы , т.е. меняется масса.
Потенциал – физическая величина, разность которой у системы и окружающей среды вызывает процесс. Обозначается Pk потенциал при k-том взаимодействии.
P kl– потенциал окружающей среды при k-том взаимодействии;
P ki – потенциал системы при k-том взаимодействии.
Правило знаков для потенциалов:
Разность потенциалов между окружающей средой и системой считается положительной, если соответствующая координата состояния системы при этом возрастает, и наоборот отрицательной, если соответствующая координата состояния системы при этом убывает.
, если dxk > 0
, если dxk < 0
Рассмотрим в качестве примера деформационное (механическое) взаимодействие.
P1- абсолютное давление окружающей среды
Pi- абсолютное давление системы в данном случае газа.
При P1-Pi>0 dxдиф<0
Т.о. абсолютное давление как потенциал при деформационном взаимодействии не проходит по правилу знаков, т.к. при положительной разности потенциалов объём системы (и удельный объем) убывает, а не возрастает, а не возрастает как это требует правило знаков.
Для выполнения правила знаков следует взять абсолютное давление со знаком «-». Во всех формулах термодинамики используется только абсолютное давление измеряемое в Па (Н/м2)
Pдеф – (p)
p – абсолютное давление (Па).
Манометры показывают превышение давления в системе над атмосферным, поэтому показания манометров показывают избыточное давление, при котором абсолютное находится как
p = pман + pбарометрическое.
Если в системе имеется разрежение (вакуум), то абсолютное давление
P = B – pвак, где B – барометрическое давление, pвак – показания вакуумметра.
Тепловое взаимодействие.
Pтепл – T, [K]
T – абсолютная термодинамическая температура.
T = tC + 273,15
tF = tC + 32
Наиболее близки к абсолютной температуре показатели газовых термометров.
В ходе развития науки было установлено, что потенциалом при химических и фазовых взаимодействиях (Pх\ф) является величина химического термодинамического потенциала (μ).
Теплота и работа. Внутренняя энергия.
Qk – количество взаимодействия – мера взаимодействия системы и окружающей среды при тепловом взаимодействии окружающей среды.
Q=.Q – теплота, A – работа.
Работа на деформацию (деформационная работа).
Примеры немеханической работы:
работа электрических сил;
работа химических реакций.
Единственными формами передачи энергии являются теплота и работа. Работа и теплота проявляются только в процессе передачи энергии.
Внутренняя энергия системы включает в себя кинетическую энергию поступательного и колебательного движения молекул, энергию межмолекулярного взаимодействия и химическую энергию.
Полная энергия E = Eкин + Ep + U.
Eкин – в поступательном и вращательном движении.
Условились рассматривать системы в состоянии, когда Eкин = 0 и Ep = 0, т. е. когда E = U.
В ходе развития науки было установлено, что
dQk =
dAk = – dQk = –
dAдеф = – dQk = =
dQ = T dS – при тепловом взаимодействии.
У системы (E = U) все взаимодействия системы с окружающей средой сопровождаются изменением внутренней энергии системы.
dU = =- первое начало термодинамики в обобщённом виде (n – число степеней свободы, т.е. количество взаимодействий разного рода, которые допускает система данного рода).
Например, у деформационной системы одна степень свободы – деформационная, и первое начало термодинамики для этой системы запишется как:
dU = dQдеф = - P(l)dxk.
У термодеформационной системы две степени свободы, поэтому
dU = dQдеф + dQтепл = dQдеф + dQ