Задачи термодинамики

1. Расчет тепловых эффектов, количества теплоты и тепловых балансов.

2. Расчет возможности протекания и направления протекания процесса.

3. Расчет равновесного состава системы.

4. Расчет условий проведения процесса.

Понятия и определения

Термодинамика в своей основе – наука о превращениях теплоты в работу и обратно. Названа от греческого слова «терме» (теплота) и «динамис» (сила, работа).

Термодинамическая система – тело или группа тел, выделенная мысленно из окружающей среды.

Термодинамические системы условно подразделяют на следующие виды

1. Открытые системы способны обмениваться с окружающей средой массой и энергией.

2. Закрытые системы способны обмениваться с окружающей средой только энергией.

3. Изолированные системы, для которых обмен с окружающей средой массой и энергией невозможен.

Термодинамическое состояние системы – это совокупность всех ее свойств (физических и химических).

Изменилось состояние системы – изменилось значение ее свойств. Изменение какого-либо свойства системы не зависит от пути перехода системы из начального состояния в конечное состояние.

Все свойства системы (вещества) подразделяются на два класса: интенсивные и экстенсивные.

Экстенсивными называются свойства, зависящие от количества вещества в системе (объем, вес, длина и т. д.).

Интенсивными свойствами называются свойства, не зависящие от количества вещества в системе (температура, давление и др.).

Интенсивные свойства термодинамической системы называются термодинамическими параметрами состояния системы. Наиболее удобными параметрами состояния системы являются температура, давление, плотность (удельный объем) тела.

Любые три параметра состояния (например, давление Р, удельный объем d и температура Т) чистого вещества однозначно связаны между собой.

Уравнения, связывающие между собой эти параметры, называются уравнениями состояния.

Уравнение состояния идеального газа

PV = nRT

где n – число молей газа, Т – абсолютная температура, универсальная газовая постоянная R = k_BN_A = 8,31 Дж/(моль∙К); k_B = 1,38∙10²³ Дж/К – постоянная Больцмана, a N_A = 6,02∙10²³ моль⁻¹ – число Авогадро

в общем случае можно выразить так:

f(Р, T, V) = 0.

Изменение состояния системы называется процессом

Если при протекании процесса наблюдается изменение химического состава системы, то его называют химической реакцией

Если при протекании процесса система возвращается в исходное состояние, то процесс называется круговым или циклическим.

Если протекание процесса не требует затрат энергии извне, то процесс называется самопроизвольным.

Если процесс требует для своего протекания внешнего источника энергии, то он называется не самопроизвольным.

В результате самопроизвольного процесса изолированная система перейдет в состояние равновесия.

Состояние равновесия – такое состояние системы, в котором не меняются свойства системы; которое сохраняется неизменным во времени и не поддерживается внешними процессами по отношению к системе и из которого изолированная система не может выйти без влияния внешних сил.

Любой самопроизвольный процесс приводит систему к состоянию равновесия.