Изохорический и изобарический тепловые эффекты

Процессы, в которых участвуют система, могут протекать при различных условиях.

Процесс, происходящий при постоянном объеме (V = сonst, DV = 0), называется изохорическим.

Q_V = DU = U₂ – U₁, (3)

где Q_V – изохорический тепловой эффект химической реакции.

Процесс, идущий при постоянном давлении (р = сonst), называется изобарическим.

Q_р = DH = H₂ – H₁ = DU + p DV, (4)

где Q_p – изобарический тепловой эффект; H₂, H₁ – соответственно энтальпии продуктов реакции и исходных веществ; DH – изменение энтальпии процесса; H = U + pV; p – давление; V – объем, занимаемый системой.

Для изотермического процесса (Т =const) изменение внутренней энергии DU = 0, следовательно, dQ = pdV.

Для идеального (разреженного реального) газа, используя уравнение Менделеева-Клайперона, записать его относительно p

(5)

проведем интегрирование:

(6)

Работа адиабатического процесса (Q = 0) может быть определена следующими наиболее часто применимыми уравнениями:

А = -DU (7)

А = nC_v (T₁ – T₂); (8)

А = (p₁ V₁ – p₂ V₂)/(g-1), (9)

где g = С_р/С_v (10)

С_р – изобарная теплоемкость; С_v – изохорная теплоемкость.

Выражения зависимости работы и теплоты от параметров р, V, T системы в конечном 2 и начальном 1 состоянии в четырех основных процессах с идеальными газами совместно с уравнениями состояния газа приведены в табл. 3.

Таблица 3 - Выражения зависимости работы и теплоты от параметров системы совместно с уравнениями состояния газа

Процесс	Работа	Теплота	Уравнение состояния газа
Изохорический	0	nCv(T2-T1)	p/T = const
Изобарический	p(V2-V1)	nCp(T2-T1)	V/T = const
Изотермический	nRTln(V2/V1)	nRTln(p1/p2)	pV = const
Адиабитический	nCv(T2-T1); (p1 V1 – p2 V2)/(g-1)	0	pVg = const ТVg-1 = const Тр(g-1)/g = const

Выражение для взаимосвязи молярной (атомной) теплоемкости идеальных газов при постоянном давлении C_p и при постоянном объеме C_v имеет вид

C_p - C_v = R (11)

Молярная теплоемкость идеального газа при постоянном объеме без учета энергии колебательного движения, т.е. при сравнительно невысоких температурах, равна:

• Для одноатомных молекул

C_v = 3/2R (12)

• Для двухатомных и линейных многоатомных молекул

C_v = 5/2R (13)

• Для нелинейных трехатомных и многоатомных молекул

C_v = 3R (14)

Температурная зависимость изобарных молярных теплоемкостей веществ, участвующих в реакции, определяется формулой

С_р = a + bT + c¢/T², (15)

где a, b, c' – эмпирические коэффициенты, постоянные для данного вещества в определенном интервале температур.