I закон термодинамики

I закон термодинамики рассматривает обмен энергией между системой и окружающей средой в форме работы и теплоты. Это всеобщий закон природы, закон сохранения и превращения энергии, объясняющий положение диалектического материализма о вечности и неуничтожимости движения и материи. Впервые этот закон сформулировал немецкий врач Ю. Р. Майер (1842 г.), хотя фактически это закон сохранения энергии, который был сформулирован М.В. Ломоносовым еще в 1748 г.

Ю . Р. Майер работал судовым врачом на корабле. Который направлялся из Европу на Яву. Он обратил внимание, что венозная кровь жителей Явы более светлая, чем кровь жителей Германии и высказал предположение, что это явление связано с разным остаточным количеством кислорода в крови. Жители жаркого региона потребляют кислорода меньше, чем жители северных районов. При пониженной теплоотдаче организма в тропиках ему требуется меньше энергии, а чем меньше расход энергии, тем меньше потребление пищи. Ю. Р. Майер пришел к выводу, что теплота, выделяющаяся при переработке пищи в организме, расходуется на поддержание постоянной температуры тела и совершение мышечной работы.

Э нергия не исчезает и не возникает из ничего, а только превращается из одного вида в другой в строго эквивалентных количествах.

В зависимости от вида системы существуют различные формулировки I закона термодинамики.

Н евозможно создать вечный двигатель (перпетуум мобиле) первого рода, т.е. осуществить работу, не израсходовав энергию.

В изолированной системе изменение внутренней энергии системы в результате любых процессов всегда равно нулю.

U=0

П одведенная к закрытой системе теплота расходуется на изменение внутренней энергии системы и на совершение системой работы против внешних сил окружающей среды.

Q = U + A

Живые организмы функционируют в изобарно-изотермических условиях (р = const, T = const), для которых работа равна: A = рV, поэтому:

Q = U + рV;

U = U_кон  U_нач; V = V_кон  V_нач;

Q = (U_кон  U_нач) + р(V_кон  V_нач);

Q = (U_кон  рV_кон) – (U_нач + рV_нач);

U + рV = H,

где Н – энтальпия, численно равна сумме внутренней энергии системы и произведения давления на объем системы.

Q = Н_кон – Н_нач = H

Э нтальпия (Н) – термодинамическая функция, характеризующая энергетическое состояние системы при изобарно-изотермических условиях.

Химические реакции и физико-химические процессы могут протекать с выделением или поглощением энергии.

К оличество теплоты, которое выделяется или поглощается при проведении химической реакции в изобарно-изотермических условиях Q_р равно изменению энтальпии системы и называется энтальпией реакции (Н_р-ции).

Химические реакции и физико-химические процессы подразделяют на экзотермические и эндотермические процессы.

Э кзотермические процессы – процессы, в результате которых энергия выделяется из системы в окружающую среду.

Для экзотермических процессов:

Н_кон  Н_нач, Н = (Н_кон  Н_нач)  0, Н  0

Э ндотермические процессы – процессы, в результате которых энергия поглощается системой из окружающей среды.

Для эндотермических процессов:

Н_кон  Н_нач, Н = (Н_кон  Н_нач)  0, Н  0

Энтальпия системы является экстенсивным параметром и зависит от температуры, давления, поэтому изменение энтальпии в результате химической реакции или физико-химического процесса определяют при стандартных условиях.