ФизХимия / ФХ_Т2ПЕЧ
.doc|
|
|
Физическая химия.
Термодинамика. Лекция Т2. «Описание ТД систем».
-
Содержание.
Предмет химической термодинамики, термодинамические параметры, основные модели термодинамических систем.
-
Начинаем с повторений.
Предмет физической химии (определение Ломоносова).
-
Термодинамические параметры. Классификация.
|
определение |
Термодинамические параметры – физические величины, с помощью которых описывают явления, связанные со взаимными превращениями теплоты и работы. |
|
постулат заклинание |
Все свойства изучаемой системы являются однозначной функцией внешних параметров, температуры и состава системы. |
-
Определение основных понятий.
Существуют измеряемые и неизмеряемые термодинамические параметры.
|
пример |
Расстояние до звезд … |
|
пример |
Измеряемые: давление (P) объем (V) температура (T) |
Неизмеряемые: энергия (U) энтропия (S) химический потенциал (μ) |
|
Экспериментальная физика |
Вычисление |
Существуют экстенсивные и интенсивные термодинамические параметры.
|
определение |
экстенсивные термодинамические параметры – пропорциональны массе системы. интенсивные термодинамические параметры – не зависят от массы системы. |
|
пример |
экстенсивные: объем (V) количество вещества (n) масса (m) |
интенсивные: давление (P) температура (T) химический потенциал (μ) |
С точки зрения
математики, экстенсивный параметр xi
однородная
функция
Ейлера I-ого
порядка,
т.е.
.
Интенсивный и экстенсивный параметры
связаны между собой
или
.
|
пример |
Уравнение состояния
идеального газа (Клапейрона - Менделеева)
→
Мораль 2: если система однородна, выбор объема совершенно произволен. |
.
Это же можно записать иначе
.
В таком случае
.
Мораль 1: «умножению» подвергаются
только экстенсивные переменные.
Существуют внутренние и внешние термодинамические параметры. Они относятся к свойствам системы и свойствам среды.
Существует разделение
термодинамических параметров на
обобщенные силы (Pk)
и обобщенные координаты (xk).
Оно основано на понятии «обобщенная
работа»:
,
,
,
.
|
пример |
обобщенные силы (Pk): механическая сила (F) давление (P) электрический потенциал(φ) количество вещества (n) поверхностная энергия (σ) |
обобщенные координаты (xk): (l)геометрические координаты (V)объем (e) заряд (e) химический потенциал (Ω)межфазная поверхность |
-
Термодинамический процесс.
|
определение |
Термодинамический процесс – изменение хотя бы одного термодинамического параметра. |
Если параметр остается неизменным, процесс получает соответствующую приставку «изо…».
Термодинамический процесс считается обратимым, если переходы из состояний «1» → «2» и «2» → «1» возможны по одному и тому же пути и при этом в окружающей среде не остается макроскопических изменений.
Термодинамический процесс считается квазистатичным (нет понятия времени, простое математическое описание), если он протекает под действием бесконечно малых обобщенных сил на границе (Ω) системы.
-
Проблемы…
|
|
|
Рис.Т2.1. Неопределенность вычисления работы механических сил. |
Работа характеризует процесс, а не отдельные состояния системы.
Работа не определена, если заданы только начальное («1») и конечное («2») состояния системы.
Приходится добавлять еще две неизмеряемые величины: энергию и энтропию.
|
постулат о термодинамическом равновесии системы
|
… с течением времени (t → ∞) на границе системы (Ω) устанавливается самоненарушаемое состояние, которое называется равновесным. Если независящее от времени состояние на (Ω) поддерживается за счет взаимодействия с внешней средой, состояние называется стационарным. |
|
постулат о существовании температуры, он же - принцип измерения температуры |
Эксперимент позволяет установить теплообмен между системами: нет обмена → состояние равновесия. Если система A находится в равновесии с системой B а система B с системой C , то TA = TB и TB = TC, и TA = TC. . |
В понятии «температура» появляется смысл как в «движущей (обобщенной) силе» теплообмена.
-
Глоссарий.
Равновесное состояние системы – самоненарушаемое состояние.
Стационарное состояние системы – независящее от времени состояние, которое поддерживается за счет взаимодействия с внешней средой.
Термодинамические параметры – физические величины, с помощью которых описывают явления, связанные со взаимными превращениями теплоты и работы.
Термодинамический процесс – изменение хотя бы одного термодинамического параметра
Экстенсивные термодинамические параметры – пропорциональны массе системы.
Интенсивные термодинамические параметры – не зависят от массы системы.
Температура – «движущая сила » теплообмена.
Мораль Т2.
|
Для |
материаловеда, |
|
который |
собирается использовать экспериментально определяемые термодинамические параметры для описания состояний материалов и их изменений, |
|
химическая термодинамика |
является идеологией |
|
которая |
учитывает противоречия «наивных» механических аналогий и указывает перспективу применения научных моделей. |
|
В отличие от |
эмпирических рекомендаций и аналогий |
|
химическая термодинамика |
предоставляет непротиворечивый математический аппарат, пригодный для описания явлений в макроскопических системах. |
Таблица Т2.
|
Уместный вопрос |
Возможный ответ |
|
Как связаны между собой мольная доля i - ого компонента и его молярная концентрация? |
|
|
Чем отличаются экстенсивные и интенсивные параметры системы? Например? |
|
|
Что подразумевается под понятием «обобщенная сила» и «обобщенная координата»? Какой смысл слова «обобщенная»? Что с чем обобщается? |
|
|
Какой процесс можно назвать обратимым? |
|
|
Какой физический смысл понятия «температура»? |
|
|
Что такое «парциальные мольные величины»? |
|