2020-09-24
129
Передача энергии от одной системы к другой осуществляется в форме теплоты или работы. Теплота и работа не являются функциями состояния системы и зависят от пути протекания процесса.
Изменение внутренней энергии системы (∆U) связано либо с переносом теплоты (Q), либо с совершением работы (А), поэтому все три функции выражаются в одних единицах — Дж (Дж = Н•м = кг•м2•с-2; 1 кал = 4,184 Дж).
Работа — одна из форм передачи энергии путем преодоления сил, действующих на систему со стороны окружающих тел или наоборот. Работа, совершаемая системой против внешних сил, считается положительной (А > 0), а работа, совершаемая над системой, — отрицательной (А< 0). Система выполняет работу, если она действует с некоторой силой, направленной на преодоление сопротивления. Величина произведенной работы равна произведению силы и расстояния, на котором эта сила преодолевает сопротивление. Работа, с которой чаще всего приходится иметь дело в химии, обусловлена изменением объема системы. Такое изменение происходит, например, при выделении газа в результате химического превращения при постоянном давлении. В этом случае работа А, выполняемая системой, может быть рассчитана по уравнению
|
|
|
А = p∆V,
где р — внешнее давление; ∆V — изменение объема системы.
Теплотой называется способ передачи энергии посредством хаотического движения молекул. Последнее носит название теплового движения. Количество энергии, передаваемой таким образом, обозначается Q. Теплота, полученная системой от окружающей среды, считается положительной (Q > 0), а теплота, отданная системой, — отрицательной (Q < 0).
Количество переданной теплоты пропорционально массе т системы и изменению температуры, происходящему вследствие передачи энергии:
Q ~ m∆Т.
Удельная теплоемкость вещества (С), [Дж/(кг∙К)] — это теплота, необходимая для повышения температуры 1кг данного вещества на 1К. Удельная теплоемкость воды равна 4184Дж/(кг К). Значение Q можно рассчитать, зная теплоемкость С:
Q = mС∆Т.
Молярная теплоемкость вещества (С m), [Дж/моль∙К)] — это теплота, необходимая для повышения температуры 1 моль данного вещества на 1 К.
Типы состояния системы.
Равновесное состояние — макроскопическое состояние, к которому приходит изолированная система в результате самопроизвольно протекающих внутри нее процессов. В этом состоянии система характеризуется постоянством ее термодинамических параметров во времени. Параметры, при которых наблюдается такое состояние, называют равновесными.
Равновесное состояние — динамически сложившееся состояние, при котором происходящие внутри системы встречные процессы (испарена и конденсация, растворение и кристаллизация, прямая и обратная химическая реакции и т.д.) протекают с одинаковой скоростью, так что в целом система не изменяет своих макросвойств.
|
|
|
Стационарное состояние также характеризуется постоянством параметров системы, однако при этом, в отличие от равновесного состояния, происходит непрерывный обмен веществом и энергией с окружающей средой.
Переходное, или неравновесное, состояние — это такое состояние, при котором параметры системы изменяются во времени, стремятся достигнуть равновесных значений.
Термодинамические процессы.
Изменение во времени любого из параметров, характеризующего систему, называется процессом.
Обратимые процессы — переход системы из одного состояния в друга и обратно осуществляется по одному и тому же пути, и после возвращения в исходное состояние в окружающей среде не остается макроскопических изменений.
При протекании равновесного процесса система последовательно проходит через бесчисленное множество близких равновесных состояний.
В случае осуществления необратимого процесса систему и ее окружение невозможно вернуть в исходное состояние без затраты энергии.
Реальные процессы, происходящие в природе, всегда необратимы.
Процессы, протекающие при постоянных температуре, давлении и объеме, называют изотермическими, изобарными (изобарическими) или изохорными (изохорическими) соответственно. Адиабатический процесс происходит без обмена теплотой между системой и окружающей средой (∆Q = 0)
Самопроизвольный процесс может происходить без затраты энергии на его протекание за счет какого-либо другого процесса или без притока энергии извне.
Несамопроизвольный процесс может происходить только с затратой энергии, поступающей из окружающей среды или высвобождающейся за счет какого-либо другого процесса.
