Файл: ФIленко О.Г. ЗбIрник задач з фIзичноI химII навчальний посiбник для студентiв металлургiйних спецiальностей вузiв.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 18.06.2024

Просмотров: 173

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Назва

Позна­

Оди ни

чення

ЦІ ви­

величин

вели­

мірю­

 

чин

вання

Кількість

теплоти (те­ плота фазо­

вого пере­ творення.

теплота хі­ мічної ре­

акції)

мольна

питома

Теплоєм­

ність сис­ теми питома

мольна

атомна

Електрич­ ний опір питомий

Електрична

провідність

питома

еквівалент­

на

Електрору­

шійна сила, різниця

електрич­ них зарядів

Електрод­ ний потен­ ціал

Електрична

напруга

Енергія

внутрішня

Q джоуль

Q джоуль на кіломоль

яджоуль на

кілограм джоуль на кельвін

сджоуль на

кілограмкельвін

Сджоуль на

кіломолькельвін

Сджоуль на

 

кілоатом-

R

кельвін

ом

l>

ом-метр

 

сименс

X

сименс

 

на метр

Я

сименс-

 

квадрат-

 

ний метр,

 

на кілоек-

 

вівалент

E

вольт

E

вольт

U

вольт

U

джоуль

Систе­

Позначення

Значення

одиниць,

ма ОДИ­

одиниці вимі­

подане в

НИЦЬ

рювання

одиницях

 

 

СІ

СІ

Дж

_

СІ

Д ж • к м о л ь - 1

СІ

Дж

• к г — 1

 

СІ

Д ж

• К " 1

 

СІ

Дж • кг

X

 

 

X

К - 1

 

 

СІ

Д ж • к м о л ь - 1

X

 

X

К - 1

 

 

СІ

Дж • к а т о м - 1

X

 

X

К - 1

 

 

СІ

 

Ом

 

СІ

Ом • м

 

СІ

 

См

 

СІ

См • м — 1

 

СІ

См • ма

• к е к в - 1

СІ

В

СІ

В

СІ

в

СІ

Д ж

Роз­

мір­

ність

ит~2

L2T~2

L W - 2 e - 1

/. 2 7 — 2 Є _ 1

L 2 T ~ 2 e - 1

L*r-

2

Є -

1

L W -

3

/ -

2

L W -

3

 

/ -

2

L-2MTl

T3P

x

X

 

L - 3 M -

1 X

X Г 3

/ 2

 

M - X T 3

X

X

PN-1

 

LWT-3!-1

L ^ r - 3 / " 1

Lmr-2


Назва

Позна­

Одини­

Систе­

Позначення

Значення

Роз­

чення

ці ви­

одиниць,

величин

вели­

мірю­

ма оди­

одиниці вимі­

подане в

мір­

 

чин

вання

ниць

рювання

одиницях

ність

 

 

 

 

 

СІ

 

Енергія ак­

 

 

 

 

 

 

 

 

L2MT~2

 

тивації

Е*

джоуль

СІ

 

Д ж

 

 

Ентропія

S

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

системи

джоуль

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

на кель­

СІ

 

Д ж

• К - 1

 

 

 

 

 

 

він

 

 

 

 

 

 

 

 

 

мольна

 

джоуль

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

на кіло-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

моль-

 

Дж

• к м о л ь - 1

X

L?T~2Q-1

 

 

 

кельвін

СІ

 

Ентальпія

Н

джоуль

СІ

 

X к г 1

 

L2MT~2

 

Д ж

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц я

2

Множники і приставки для утворення десяткових

кратних

 

 

 

 

 

та дольових

одиниць

і їх

найменування

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Позначен­

Приклади дольови

і крат-

 

 

 

 

 

 

них одиниьіь

 

 

 

 

Найменування

ня при­

 

 

 

 

 

Множник

 

ставки ро­

 

 

 

 

 

 

приставки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

сійськими

 

 

 

Позна­

 

 

 

 

 

буквами

Найменування

 

 

 

 

 

 

 

чення

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10е

 

гіга

 

Г

гігапаскаль

 

ГПа

106

 

мега

 

м

 

мегават

 

МВт

10»

 

кіло

 

к

 

кілоджоуль

 

кДж

10

 

дека

 

да

декалітр

 

дал

ю - 1

 

деци

 

Д

дециметр

 

дм

і о - 2

 

санти

 

с

сантиметр

 

см

1 ( Г 3

 

мілі

 

м

міліампер

 

мА

і о - 6

 

мікро

 

мк

мікроампер

 

мкА

і о - 9

 

нано

 

н

 

нанометр

 

нм

Атомна одиниця

маси дорівнює 1,66053 • 10

кг.

 

 

 

 

 

Маси елементарних частинок (протона, нейтрона та ін.) звичайно відносять до

маси електрона,

що дорівнює 9,109558 • 10 — 3 1 кг або 5,48593 • 10 — 4 а. о. м.

 

Незалежно від агрегатного стану

1 кмоль речовини містить 6,022169 • 102 в

моле­

кул (число Авогадро). Слід зауважити, що для одиниці

кількості речовини

допускає­

ться кіломоль за рекомендацією UCOR — 1000/1969.

 

 

 

 

 

Один кіломоль ідеального газу при нормальних умовах займає об'єм 22,4135 м 3 .

Універсальна газова стала по вуглецевій шкалі дорівнює 8,31434 к Д ж / к м о л ь - 1 X

X К~' , * стала, або число Фарадея,

дорівнює 9,64867 • 10'Кл • к м о л ь -

1 .

 

 


I . ПЕРШИЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМІКИ

РІВНЯННЯ ПЕРШОГО ЗАКОНУ ТЕРМОДИНАМІКИ

Перший закон термодинаміки визначається рівнянням

<7 = Д£/

+ Л,

(1,1)

де q — теплота, поглинена системою;

AU — зміна внутрішньої

енергії

системи; А — робота, виконана

системою.

 

У термодинаміці величина

q вважається додатною, якщо

теплота

поглинається системою, і від'ємною, якщо теплота виділяється систе­ мою; AU вважається додатною, якщо внутрішня енергія системи збіль­ шується, і від'ємною, якщо внутрішня енергія зменшується; роботу А вважають додатною, якщо система виконує роботу, і від'ємною, якщо робота виконується над системою.

При сталому об'ємі (V = const) поглинена системою теплота

витра­

чається на збільшення внутрішню!'

енергії, що видно з такого рів­

няння:

 

 

 

 

qv

= bU = Ua — U1

= пСу (Г, -

Tj),

(1,2)

де U1 — внутрішня

енергія системи при Тг; £/2

— внутрішня

енергія

системи при Т2; п — число кіломолів речовини;

CV—середня ізохор­

на теплоємність системи в інтервалі температур від Тх до Т2.

витра­

При сталому тиску = const) поглинута системою теплота

чається на збільшення ентальпії, що можна описати таким

рівнянням:

Цр

= АН = Н2 - Нг

= пСр 2 - 7\),

(1,3)

де Н1 — ентальпія

системи при Тх;

Я 2 — ентальпія системи при Тг;

Ср — середня ізобарна теплоємність

системи в інтервалі

температур

від 7\до Г 2 , Дж • кмоль-1 • К - 1 .

Співвідношення між ентальпією і внутрішньою енергією системи

визначається рівнянням

 

H = U + pV,

(1,4)

де р — зовнішній тиск, Па; V — об'єм системи,

м3.

При сталому тиску (р = const) зміна ентальпії визначається таким

рівнянням:

 

AH = AU + pAV,

(1,5)

де р — зовнішній тиск; Д V — зміна об'єму системи.

 



Перехід речовини з одного агрегатного стану в інший при сталих тиску і температурі супроводиться виконанням роботи, яку можна ви­ значити за рівнянням

А = npAV,

(1,6)

де п — число кіломолів речовини; AV — зміна мольного об'єму речо­ вини при переході з одного стану в інший.

Якщо рідина перетворюється в пару при сталих температурі і тис­ ку, причому тиск дорівнює тиску її насиченої пари, і якщо пара під­ порядкована законам ідеальних газів, то роботу можна визначити рів­

нянням

 

А = nRT,

(1,7)

де R — універсальна газова стала (8,314 кДж • кмоль-1

• К - 1 ) ; Т —

температура випаровування рідини.

У системі одиниць СІ за одиницю вимірювання теплоти, роботи, внутрішньої енергії і ентальпії беруть джоуль (Дж).

Задача. Визначити q, А і AU перетворення 36,03 кг води в пару при сталому тиску і температурі 373 К, коли відомо, що за цих умов тепло­

та випаровування води дорівнює 40,905 МДж

• кмоль - 1 . Вважати пару

ідеальним газом. Об'ємом рідини знехтувати.

Р о з в ' я з а н н я .

При сталому тиску

і температурі 373 К вода

перетворюється в пару з поглинанням теплоти:

q = nLBiin = —

• L B i m = - І Щ - 40,905 • 10е = 81,81 МДж.

Випаровування води при сталому тиску супроводиться збільшенням об'єму, і частина поглиненої теплоти затрачається на роботу проти зов­ нішнього тиску, яка визначається рівнянням

А — npAV = пр (Vn — Урід).

Оскільки можна об'ємом води знехтувати і вважати пару ідеальним газом, то при випаровуванні 36,03 кг води система виконує роботу

А = npVn = nRT = -^RT = 1 | ^ L 8,314 • 10s • 373 = 6,202 МДж.

Решта поглиненої системою теплоти затрачається на збільшення внутрішньої енергії пари:

AU = q — Л = 81,81 • 10е —6,202- 10е = 75,608 МДж.

Задача. Визначити АН і А при плавленні 2,698 кг алюмінію, коли відомо, що при тиску 1,01325 • 105 Па і температурі плавлення 933,1 К зміна атомного об'єму алюмінію дорівнює 0,51 • 10~8 м 3 • катом - 1 . Теплота плавлення алюмінію дорівнює 10,76 МДж • катом - 1 .

Р о з в ' я з а н н я . Плавлення алюмінію при сталому тиску су­ проводиться збільшенням ентальпії, яке можна знайти за рівнянням

ДЯ = nL„„ =-^-Іпл

=

10,76 • 10е = 1,076 МДж.