Вопрос №1

1) Понятие термодинамической системы.

• Термодинамическая система — совокупность макроскопических тел, которые могут взаимодействовать между собой и с др. телами (внешней средой) — обмениваться с ними энергией и веществом.

• Термодинамическая система состоит из столь большого числа структурных частиц (атомов, молекул), что её состояние можно характеризовать макроскопическими параметрами: объемом, давлением, температурой, плотностью, концентрацией веществ, образующих термодинамическую систему, и т.д.

2) Виды термодинамических систем

Термодинамические системы бывают трех видов:

• Изолированные (нет обмена ни веществом, ни энергией с окружающей средой).

• Закрытые (замкнутые) (нет обмена веществом с окружающей средой).

• Открытые (есть и энерго- и массообмен с окружающей средой)

3) Внутренняя энергия тел.

Энергию любой системы можно разделить на две части:

1) энергия, зависящая от положения и движения системы, как целого, и

2) энергия, определяемая состоянием и взаимодействием частей системы (вплоть до атомов и молекул).

Вторую часть называют внутренней энергией системы U.

Изменение внутренней энергии системы (ΔU) может происходить двумя способами. Во-первых, система может совершить работу (А) над

окружающими телами; во-вторых, энергия может быть получена (или отдана) в результате столкновений молекул или испускания и

поглощения излучения (в обыденной жизни чаще всего – инфракрасных лучей). В этом случае говорят о передаче тепла (Q).

Положительным считается тепло, полученное телом.

По закону сохранения энергии отсюда следует: ΔU = Q – A

Внутренняя энергия u включает в себя:

• Кинетическую энергию теплового движения частиц;

• Потенциальную энергию, заключенную в химических связях;

• Внутриядерную энергию.

В системах, химический состав которых в ходе энергетических преобразований остается неизменным, при вычислении внутренней энергии можно учитывать только энергию теплового движения частиц. Примером такой системы является идеальный газ.

Внутренняя энергия идеального газа:

i – Число степеней свободы молекулы,

m – Масса, μ - молекулярная масса,

R = 8,32^.10³ Дж^.К^-1.кмоль^-1 - универсальная газовая постоянная,

Т - абсолютная температура.

4) Свободная и связанная энергии.

1. Свободная энергия G – это та часть внутренней энергии, которую в принципе можно полностью использовать для совершения работы (слова в принципе означают, что хотя на практике обычно не удаётся всю свободную энергию использовать для получения работы, но в принципе это возможно).

2. Связанная энергия W_СВЯЗ, которую в данных условиях вообще нельзя превратить в работу. В большинстве случаев связанная энергия – это часть энергии теплового движения составляющих систему частиц.

Сказанное можно выразить в виде формулы: U = G + W_СВЯЗ

  При одной и той же температуре связанная энергия тем больше, чем больше энтропия.    Таким образом, энтропия системы есть мера обесцененности ее энергии (т.е. Мера той энергии, которая не может быть превращена в работу).