Первый закон термодинамики. Понятие об энтальпии
Первый закон термодинамики является частным случаем закона сохранения энергии применительно к процессам, в которых выделяется, поглощается или преобразуется тепловая энергия. Рассмотрим, как изменяется внутренняя энергия ∆U при проведении процесса, в котором система (газ, находящийся при постоянном давлении р=const в цилиндре под поршнем) (рис. 3.1), получает некоторое количество тепловой энергии Qр, в результате чего газ нагревается (Т2>T1, U2>U1) и расширяется (V2>V1). Если положение поршня не зафиксировано, то поршень будет перемещаться до тех пор, пока внешняя сила F (F=p.s), приложенная к поршню, не уравновесит силу, действующую на поршень со стороны системы. Тогда имеем F=p.s, где p – внешнее давление, s – площадь поперечного сечения цилиндра. Рис. 3.1. К выводу первого закона термодинамики При этом движении совершается работа против сил внешнего давления, равная A=F.∆h, где ∆h – величина перемещения поршня. Поскольку произведение площади поперечного сечения цилиндра на величину перемещения поршня есть приращение объема системы ∆V, то можно записать
Тепловая энергия, сообщенная газу, при постоянном давлении Qр идет частично на увеличение внутренней энергии ∆U, а частично на производство работы A (при p=const): −Qp=∆U+A=∆U+p∆V. (3.1) Данное уравнение представляет собой термохимическую запись. Знак минус перед теплотой (−Qp) в уравнении (3,1) соответствует теплоте, подведенной к системе. Уравнение (3.1) является аналитическим выражением первого закона термодинамики: количество теплоты, сообщенное системе, расходуется на увеличение ее внутренней энергии и на совершение системой работы. Учитывая, что ∆U=U2−U1, а ∆V=V2−V1, уравнение (3.1) запишется в виде: −Qр=U2−U1+р(V2−V1)=(U2+ рV2)−( U1+ рV1)=Н2−Н1=∆Н. (3.2) Сумма внутренней энергии и произведения давления на объем (H=U+pV) получила название энтальпии(∆Н) или энергосодержания. Энтальпия является функцией состояния. Свойства энтальпии: 1. Разность энтальпий системы в конечном и начальном состояниях не зависит от пути перехода системы из одного состояния в другое. 2. Энтальпия системы равна сумме энтальпий частей, составляющих систему, т.е. энтальпия − величина аддитивная. 3. Абсолютное значение энтальпии системы является принципиально неопределяемым. Поэтому обычно пользуются относительными значениями энтальпий ∆Н, причем за точку отсчета принимают значение энтальпии образования простых веществ при 298 К (25оС), давлении 101,3 кПа (1атм), если они при этих условиях, называемых стандартными, находятся в устойчивом состоянии. Стандартные энтальпии образования всех простых веществ, устойчивых в стандартном состоянии, равны нулю. Например, ∆Но298,Н2(газ)=0 кДж/моль. Энтальпия сложного вещества− стандартная энтальпия образования, которая равна количеству теплоты с обратным знаком, выделяющейся или поглощающейся при образовании одного моля вещества из простых веществ, находящихся в устойчивых агрегатных состояниях в стандартных условиях. Стандартные энтальпии образования определены для большого числа веществ и сведены в таблицы термодинамических величин (см. Прил. Табл. 2), измеряются в кДж/моль. Для расчета энтальпий в нестандартных условиях (например, р=101,3 кПа, Т 298 К) используют зависимость энтальпии от температуры (рис. 3.2). В пределах одного фазового состояния (газового, жидкого и т.д.) изменение энтальпии при изменении температуры невелико, но при фазовых переходах изменение энтальпии происходит скачкообразно на величину соответственно теплоты плавления ∆Нпл или парообразования (кипения) ∆Нкип, взятых с обратным знаком. Уравнение температурной зависимости энтальпии моля вещества в пределах одного фазового состояния: где Сp – мольная теплоемкость при постоянном давлении, которая равна количеству теплоты, необходимому для нагревания 1 моля вещества на один градус.
Рис. 3.2. Зависимость энтальпии образования вещества от температуры Ср зависит от природы и агрегатного состояния вещества, а также от температуры. Однако в небольшом температурном интервале зависимостью Ср от температуры можно пренебречь и считать, что ∆Н =Ср·∆Т. С помощью этого соотношения можно рассчитать энтальпии веществ для различных температур (в пределах одного агрегатного состояния).
Популярное: Модели организации как закрытой, открытой, частично открытой системы: Закрытая система имеет жесткие фиксированные границы, ее действия относительно независимы... Как выбрать специалиста по управлению гостиницей: Понятно, что управление гостиницей невозможно без специальных знаний. Соответственно, важна квалификация... Как построить свою речь (словесное оформление):
При подготовке публичного выступления перед оратором возникает вопрос, как лучше словесно оформить свою... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (1008)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |