Термодинамика

Приложения

Первое начало термодинамики.

Основные понятия и определения

Термодинамика – это наука об энергии и ее изменениях. Она рассматривает вопросы превращения энергии из одного вида в другой, и энергетические эффекты, которые сопровождаются химическими реакциями. Термодинамика основана на двух принципах. Объектом изучения в термодинамике является термодинамическая система, которая представляет собой совокупность макроскопических тел, мысленно обособленных от окружающей среды. Системы делятся на:

1. изолированная – система, у которой запрещен энерго и массообмен с окружающей средой;

, ;

2) замкнутая – имеет энергообмен с окружающей средой, но массообмен с окружающей средой запрещен

, ;

3) незамкнутая – разрешен энерго и массообмен с окружающей средой.

, .

По своему строению термодинамическая система может быть гомогенной и гетерогенной.

Гомогенная система – нет раздела или нет границ между составляющими ее частями (газ, смесь, раствор).

Гетерогенная – имеются разделы или границы между отдельными ее частями – фазами, которые отличаются между собой или химическим составом, или физическими свойствами (твердое тело, жидкость, пар).

Таким образом, фазой называется часть гетерогенной системы, отделенной границей резкого изменения свойств. Совокупность всех свойств термодинамической системы определяет ее состояние. Любая физическая величина, которая влияет на состояние системы – объем, давление, температура, внутренняя энергия, энтальпия или энтропия – называется термодинамическим параметром. Изменением хотя бы одного параметра состояния приводит к изменению всей системы, называемой термодинамическом процессом.

Последовательное изменение состояния системы приводящее ее вновь в исходное состояние, называется круговым процессом или циклом.

Термодинамические процессы могут быть:

1. обратными;

2. необратимыми.

Обратимым процессом называется такой процесс, который будучи проведен в прямом и обратном направлении, не оставляет ни каких изменений в окружающей среде.

Необратимый совершается с небольшой скоростью и при небольших температурах (испарение, диффузия, теплопередача).

Термодинамические системы могут быть однородными и неоднородными.

Под этим понятием подрузомевается равномерное или неравномерное распределение свойств по объему фазы (концентрация плостности, давления, температуры).

Формулировка. Первое начало термодинамики

1. Закон сохранения энергии.

Закон гласит: если в каком-либо процессе энергия одного вида исчезает, то вместо нее появляется энергия в другом виде, строго эквивалентно первому. Взаимодействие системы и окружающей среды связано с передачей теплоты и совершением работы. Подводимая к системе теплота увеличивает ее внутреннюю энергию, часть теплоты переходит в работу. Теплота, подведенная к системе, считает «+», отведенная от системы «-».

Увеличение внутренней энергии считается «+», а уменьшение «-».

Работа, совершаемая системой (расширение) положительна, а работа, производящая над системой сжатие – отрицательной.

,

- - энергия, полученная системой (+) или отданная (-);

- увеличение внутренней энергии (+) или ее уменьшение (-).;

- работа, совершенная системой (+) или совершенная над системой (-).

Для бесконечно малых изменений состояния системы можно записать

,

где - бесконечно малое изменение энергии, зависящее от вида процесса или изменения состояния;

- полный дифференциал внутренней энергии, зависящий от параметров состояния;

- бесконечно малая работа, которая зависит от вида процесса.