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

О—7

энергии, которую система в ходе данного про­

цесса получила от окружающей среды (отда­

ла окружающей среде) в форме кинетической

энергии тепловою, т. е. хаотического, движе­

ния

частиц

(атомов,

молекул,

электронов

и т. п.).

Поскольку термодинамическое понятие теп­

лоты характеризует передаваемую энергию,

оно может применяться только в связи с ка­

ким-либо процессом и совершенно не отвечает

обиходным представлениям о горячих и хо­

лодных телах как «содержащих больше или

меньше теплоты».

В случае, когда энергия переходит от окру­

жающей среды к системе, теплоту процесса

принято считать положительной (Q > 0). Про­

цесс, сопровождающийся положительным теп­

ловым эффектом, называют

э н д о т е р ми ч е -

. спим. В противном

случае

(Q <

0) процесс

называют э к з о т е р м и ч е с к и м .

Чтобы не ошибаться при определении вели­

чины и знака теплоты процесса, важно четко

представлять границы системы, к которой от­

носится искомый показатель. Поясним это

примером.

В сосуд, снабженный идеальной тепловой

изоляцией и заполненный жидкостью с темпе­

ратурой Т1, поместили твердое тело с тёмпе-

ратурой Tz, причем Tz >

7V Теплота начавше­

гося процесса (выравнивания температур

твердого тела и жидкости)

будет

иметь раз­

ное значение в зависимости от того, что рас­

сматривать в качестве системы. Если нас ин­

тересует изменение состояния твердого тела,

целесообразно включить в систему только его,

а жидкость отнести к окружающей среде. По­

скольку такая система отдает энергию (охла­

ждается), получим

Q <

0.

Если

в качестве

системы взять жидкость, считая твердое тело

частью окружающей среды, тогда

Q > 0. На­

конец, для системы, включающей и жидкость,

и твердое тело, Q = 0, так

как тепловая изо­

ляция

сосуда

исключает всякий

теплообмен

О—7

между этой системой и окружающей ее сре­

дой.

Системы, лишенные возможности получать

или отдавать теплоту, а также процессы, для

которых Q = 0,

называют а д и а б а т н ы м и ;

тепловую изоляцию, полностью исключающую

теплообмен системы с окружающей средой,

называют

а д и а б а т н о й

о б о л о ч к о й.

Вторая энергетическая характеристика про­

цессов, работа А, аналогична теплоте в том

отношении, что она также показывает количе­

ство энергии, полученное (отданное) системой

в ходе процесса. Но работа характеризует об­

мен энергией в форме кинетической энергии

направленного, упорядоченного движения ча­

стиц.

Определения теплоты и работы показывают,

что эти понятия в термодинамике применимы

только к процессам, но не к состояниям си­

стем. Поэтому упрощенные выражения типа

«система отдает работу (или теплоту)»

носят

условный характер; более строго следовало

бы говорить «система отдает энергию в форме

работы.(или в форме теплоты)».

Работу

принято

считать

положительной

( Л > 0 ) ,

если

система

производит ее

над

окружающей средой. В соответствии с харак­

тером движущихся частиц и действующих на

них сил различают работу механическую, по­

верхностных сил, электрическую и т. п. Часто

бывает удобно из всех видов работы, которую

производит система, выделить механическую

работу под действием сил давления — так на­

зываемую

р а б о т у р а с ш и р е н и я .

Для

этого представляют п о л н у ю

р а б о т у

п р о ­

ц е с с а А как сумму

Л =

Ар +

А'

(0.3)

Ap — &xfp2

(0.4)

или

Ар = Дѵр2

(0.5)

Л“акс = lim Ap = S v Pl

(0.6)

Л‘,акс = \ p i d v

(0.7)

1)

Лракс- Л Р= 0

- 0 - 1 2

2)

Лра,'с - Л Р = р2( и ,- о ,)

- 0 - 5

3) А Т КСАѵ= \ р dv

- 0 - 4

0 —8

1)

«Координата х2».

Ответ неправильный, свидетельствует о не­

достаточной внимательности.

Точка 2, а следовательно, и ее координата хц вообще

не могут характеризовать какой-либо процесс, поскольку

они указывают лишь на состояние, а не изменение до­

стояния.

/

0—10

1)

«Стационарное состояние». Правильно.

Всякое изменение, происходящее в системе

и связанное с изменением хотя бы одного из

параметров состояния (свойств) системы, при­

нято

называть

т е р м о д и н а м и ч е с к и м

п р о ц е с с о м

или просто п р о це с с о м . Лю­

бая термодинамическая величина, которая мо­

жет

характеризовать

процесс,

называется

т е р м о д и н а м и ч е с к и м

п а р а м е т р о м

п р о ц е с с а .

В

качестве

такого

параметра

можно использовать

изменение

параметра

(или функции) состояния.

Например, процесс

О— 1Ö

перехода

системы из состояния

1 в состояние

2 может быть охарактеризован изменением

давления при этом переходе Ар = р%— рі или

изменением температуры АТ — Tz— Ті и т. п.

(но не самой величиной р, Т и т. п.!).

Однако есть и такие параметры процесса,

которые

нельзя

рассматривать

как

измене­

ние

параметров

состояния.

К ним

относятся

в первую очередь теплота и

работа

про­

цесса.

Очевидно, что параметры процесса, пред­

ставляющие собой изменение параметров со­

стояния, не зависят от пути, по которому идет

процесс. Поэтому для бесконечно малого от­

резка процесса такой параметр процесса мож­

но

записать

в виде

полного дифференциала

(приращения) соответствующей функции со­

стояния, например dp, dT.

Теплота и работа зависят от того, по ка­

кому пути (через какие промежуточные со­

стояния)

идет процесс. Для малого

отрезка

процесса эти параметры нельзя рассматри­

вать как полный дифференциал какой-либо

величины. Соответствующие малые количе­

ства (нё приращения!) теплоты и работы бу­

дем обозначать через бQ и 6Л.

Термодинамический процесс, после окон­

чания которого система возвращается в ис­

ходное

состояние,

называется

к р у г о в ы м

п р о ц е с с о м

или ц и к л о м.

Контрольный вопрос

В качестве иллюстрации к сказанному рас­

смотрим геометрическую модель термодина­

мического процесса: переход точки из состоя­

ния

(положения)

1 в

состояние

2

-(см.

рис. 0.2). В качестве параметров процесса

воспользуемся

изменением

координаты

точки

по

оси

X,

а

также

площадью

5

под

кри­

вой, показывающей путь перехода. Какой из

этих параметров

процесса

нельзя

рассматри-