Файл: Соляков, В. К. Введение в химическую термодинамику прогр. пособие для самостоят. изучения.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 23.10.2024

Просмотров: 72

Скачиваний: 0

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

0— 1 и также не изменяется. В каком состоянии находится стержень?

1)Стационарном — 0—10

2)Равновесном — 0—6

3) Неравновесном и нестационарном —

0 -1 1

0 — 2

2)

«Лэ равна максимальной

полной

работе

 

процесса».

 

 

 

 

Ответ в общем случае неверный.

 

 

Вы правильно заключили, что полученная работа

 

будет

максимальной,

поскольку э. д. с. — это

напряже­

 

ние на клеммах элемента, когда через него

не проте­

 

кает ток или, что то же, ток имеет бесконечно малую

 

величину.

При этом

химическая

реакция

протекает

 

с пренебрежимо малой скоростью в условиях, бесконеч­

 

но мало отличающихся от равновесия. При увеличении

 

проходящего через элемент тока клеммовое напряжение

 

снижается,

в результате будет Аэ < Лмакс.

 

 

Однако найденная по э. д. с. работа будет полной

 

работой химической реакции только в том случае, если

 

система, заключенная в элементе, не изменяет своего

 

объема. В противном случае, например, когда все ис­

 

ходные вещества жидкие, а среди продуктов реакции

 

есть

газы,

уходящие

в атмосферу, следует учитывать,

 

что полная работа включает в себя и работу расшире­

 

ния.

 

 

 

 

 

 

Прочитайте еще раз фрагмент 0—4 и выберите более

 

точный ответ.

 

 

 

0 — 3

2)

«Отрезок Дх =

А'г •— -И».

 

 

Ответ неправильный.

 

 

 

В

рассматриваемой

модели

каждому

положению

 

точки

на плоскости х, у

(каждому состоянию системы)

 

соответствует определенное числовое значение коорди­

 

наты

X. Отрезок

hx =

х2— Х\

может

быть найден

 

обычным интегрированием полных дифференциалов:

 

 

 

X ,

 

 

 

 

 

X,

 

 

 

 

Таким

образом,

х — параметр

состояния

системы, а

 

Лх — его изменение.

 

 

 

16

О__ 3

Площадь

S

под кривой

процесса

не

может быть

 

«привязана»

к

какой-либо

одной

точке

на плоскости

 

х, у. Нельзя,

например, сказать,

что

заштрихованная

 

на рис. 0.2 площадь S соответствует точке 2. Эта пло­

 

щадь соответствует переходу из точки 1 в точку 2,

 

причем по вполне определенному пути. Поэтому нельзя

 

записать

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

AS =

J dS

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

и правильной формой записи будет

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5,^2=

65 = Jas

 

 

 

 

 

1-J-2

 

1

 

 

Очевидно, что значение этого интеграла будет раз­ личным при разных траекториях точки (разных путях процесса), т. е. площадь 5 вполне определенным обра­ зом связана с рассмотренным процессом.

Вернитесь еще раз к фрагменту 0— 10 и выберите правильный ответ.

0—4

Оз

3) «Лр'акс — Л р= j pdv». Ответ правильный.

 

ч,

 

0.4. Равновесные и неравновесные процессы

 

Для получения максимальной работы тре­

 

буется равенство действующей и противодей­

ствующей сил. Такое равенство означает рав­ новесие, поэтому гипотетические процессы, мысленно осуществляемые с соблюдением это­ го условия,, называют р а в н о в е с н ы м и . Ясно, что равновесный процесс практически не осуществим, но приблизиться к нему мож­ но, в принципе, сколь угодно близко, если уменьшать разницу действующей и противо­ действующей сил вплоть до бесконечно „малой величины. Чем меньше эта разница, тем мед­ леннее будет протекать процесс; в пределе продолжительность его будет стремиться к бесконечности. акнм...абразом-; равновесные

V ” Гос. публш;::-^ _ I

I

иаучно-тсг.и.'і; • •

!

17

I

биЗлпотела у _■ ■

|

 

процессы — это процессы бесконечно мед­ ленные.

Поскольку действующая и противодейст­ вующая силы в равновесном процессе разли­ чаются лишь на бесконечно малую величину, единственным результатом изменения знака этой величины может быть лишь перемена на­ правления процесса. Таким образом, равно­ весные процессы являются процессами о б р а ­ тимыми . Они допускают возможность воз­ вращения системы в исходное состояние без каких-либо остаточных изменений в самой си­ стеме или в окружающей среде.

Необходимо подчеркнуть, что термодинами­ ческое понятие обратимости не совпадает со значением этого термина в химической кине­ тике. Обратимой в кинетике считают такую химическую реакцию, результирующая ско­ рость которой определяется разностью скоро­ стей протекания ее в прямом и обратном на­ правлениях, причем на величину этой разности не накладывается каких-либо ограничений. Для термодинамической обратимости требует­ ся, чтобы реакция проходила в условиях, бес­ конечно близких к равновесию, когда скорости прямого и обратного процессов различаются лишь на бесконечно малую величину.

Если сила, вызывающая процесс, в ходе его изменяется, то обязательным условием рав­ новесного протекания процесса является со­ ответствующее изменение противодействую­ щей силы, чтобы в каждый момент времени действующая и противодействующая силы были равны с точностью до бесконечно малой величины. Иначе говоря, протекание такого процесса можно представить как цепь из бес­ конечного числа равновесных состояний, бес­ конечно мало отличающихся друг от друга.

Все самопроизвольные реальные процессы протекают с конечной скоростью и обусловле­ ны конечной разностью действующей и про­ тиводействующей сил. Они являются поэтому н е р а в н о в е с н ы м и, а следовательно, и н е-

0 - 4

о б р а т и м ы м и. Работа

этих

процессов в

 

зависимости от условий может принимать раз­

 

личные значения — от нуля до

Амако.

 

. Очевидно, что для описания изменений

 

энергетического состояния веществ в различ­

 

ных процессах целесообразно

использовать

 

именно максимальную работу, так как она, в

 

отличие от фактической работы, может быть

 

однозначно определена

при

рассмотрении

только самой системы (без окружающей сре­ ды). При определении Амакс реальный процесс, необходимо мысленно заменить равновесным, причем начальное и конечное состояния си­ стемы должны быть приняты такими же, ка­ кие наблюдаются в реальном процессе.

В настоящем учебном пособии изложены разделы термодинамики, касающиеся только равновесных процессов. Поэтому везде (кро­ ме особо оговоренных мест) будет использо­ ваться максимальная работа. Для сокращения записи она в дальнейшем будет обозначаться через А без индекса «макс».

Контрольный вопрос

Многие химические реакции могут быть осу­ ществлены в гальваническом элементе, при­ чем при расходовании 1 г-экв реагирующего вещества через электрическую цепь проходит 9,65'ІО4 Кл электричества (число Фара­ дея). Производимая при этом электрическая

работа равна

A3 = UF

где U — разность потенциала на клеммах гальваниче­ ского элемента.

Какой термодинамический смысл будет иметь величина Аэ, если при ее вычислении вместо напряжения на клеммах работающего гальванического элемента воспользоваться его э. д. с.?

1) Аэ равна максимальной полезной работе процесса (химической реакции) — 0—13

19

О—4

2)

Дэ равна максимальной полной работе

 

процесса

— 0—2

полезной

работе

процесса

 

3)

Аэ

равна

 

(меньше максимальной полезной работы) —

 

0—9

 

 

 

 

 

 

 

0 - 5

з)

«л;,акс-

Др = р2(о2- ц ,) » .

 

 

 

Ответ неправильный.

 

 

 

 

В

рассматриваемом примере р2 означает не давле­

 

ние среды, противодействующей расширению, а давле­

 

ние в

системе

в некоторый произвольно выбранный мо­

 

мент времени. Противодействующее же давление по­

 

стоянно и равно нулю. Поэтому работа расширения /1р

 

также равна нулю.

 

 

 

 

 

Максимальную работу расширения ЛрІакс нельзя оп­

 

ределять, пользуясь только конечным значением дав­

 

ления

р2 или начальным рь поскольку в

ходе

процес­

 

са р непрерывно изменяется от рі до р2.

 

 

 

Вернитесь к фрагменту 0—7.

 

 

 

0 - 6

2)

«Равновесное состояние».

 

 

 

Ответ неправильный.

 

 

 

 

Температура

и другие свойства системы (стержня)

 

в любой точке неизменны, но это является результатом

 

процессов, протекающих во внешней среде. Если для

 

определенности

принять Гв > Тс,

то тело

В непрерыв­

 

но отдает тепло стержню, а тело С с такой же ско­

 

ростью получает тепло от стержня. В результате энер­

 

гетическое состояние тел В и С, входящих в состав

 

внешней среды, непрерывно изменяется, хотя ѵ рас­

 

сматриваемой системы оно неизменно. Вернитесь еще

 

раз к фрагменту 0— I.

 

 

 

 

0 - 7

3)

«Площадь S». Правильно.

 

 

 

 

0.3. Теплота и работа процесса

 

 

Теплота'и работа рассматриваются в тер­

 

модинамике как количественные характери­

 

стики двух форм обмена энергией между си­

 

стемой и окружающей средой.

 

про­

 

Т е п л о т а

или

т е п л о в о й э ф ф е к т

 

цесса Q — это количественная характеристика

20

Смотрите также файлы