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

1—4 Состояниями системы. Так, ДЯ произвольно«) процесса перехода системы из состояния а в состояние Ь, изображенного на рис. 1.1 отрез­ ком I, можно определить как

кНі = ДЯП + ДЯШ

где ДЯц — изменение энтальпии в изобарном процессе перехода от состояния а к состоянию с:

ТЬ

Д Я „ = J CpdT

та

Д Я ш — изменение энтальпии при нзохорном переходе от

• состояния с к состоянию Ь.

Для определения ДЯШ можно сначала най­ ти изменение внутренней энергии

ть

Д£/ш = J CDdT

тс ,

а затем воспользоваться соотношением (1.2):

Контрольный вопрос

Чему равно изменение энтальпии одного моля воды при переходе воды из жидкого со­ стояния при 20 °С в лед с температурой 0°С (процесс осуществляется в обычных атмо­ сферных условиях, теплоту плавления принять А = б кДж/моль)?

1) А Н — — 6 кДж/моль — 1—3

2)АД = — 4,48 кДж/моль — 1—11

3)А Н — — 7,52 кДж/моль — 1—9

1“~5 2) «Нт — Но98 — 0».

Ответ неправильный.

Поскольку не оговаривался специальный выбор стан­ дартного состояния, таковым следует - считать воду при

1.2. Внутренняя энергия

Рассмотрим произвольную систему, в кото­ рой происходит произвольный круговой про­ цесс. Для наглядности представим этот про­ цесс графически в подходящих координатах,

Рис. 1.2. Диаграмма цикли­ ческого процесса.

V

например в координатах давление — объем системы (рис. 1.2, сплошная линия). Посколь­ ку система периодически возвращается в одно и то же состояние, например, представленное точкой а, то процесс (цикл) будет изобра­ жаться замкнутой кривой.

Во время прохождения цикла система по­ лучает теплоту Q4 и совершает работу Лц. При этом, согласно первому закону термоди­ намики, должно выполняться равенство

34

Если путь II система проходит в обратном направлении, т. е. от точки а к точке Ь, знаки теплоты, и работы меняются на обратные. По­ этому для двух разных путей (I и II) пере­ хода системы от состояния а к состоянию b имеем:

Повторив такие же рассуждения для путей I и III и т. д., приходим к выводу, что при лю­ бом пути перехода системы от состояния а к состоянию b разность Q — А остается по­ стоянной:

Поэтому разность (Q — А )аъ можно рассма­ тривать как изменение некоторой функции со­ стояния U:

Величина ДU показывает, на сколько полу­ ченная системой теплота больше, чем произ­ веденная ею работа; разность между этими величинами — это энергия, израсходованная на изменение энергетического состояния са­ мой системы. Поэтому функция состояния U получила название в н у т р е н н е й э н е р г и и .

В различных процессах внутренняя энергия может как увеличиваться, так и уменьшаться,

взависимости от соотношения величин теплоты

иработы процесса. Преобразовав равенство

Контрольный вопрос

В закрытый сосуд, снабженный адиабатной оболочкой и заполненный воздухом, помести­ ли гальванический элемент. Положительный и отрицательный полюсы элемента соединили проволокой. В результате протекания по про­ волоке электрического тока за некоторое время на ней выделилась теплота q. Как за

Зв

1—6 это время изменилась внутренняя энергия си­ стемы, включающей гальванический элемент, проволоку и воздух?

Теплота процесса была бы равна нулю, если бы этот процесс был адиабатным (см. 0—7).

В качестве системы в задаче лучше рассматривать тормозное устройство — именно оно получает энергию в виде работы, производимой опускающимся грузом, и способно превращать эту работу в теплоту. Разумеется, равенство (1.1) для данного процесса непригодно, по­ скольку состояние системы в конце процесса отличается от начального ее состояния (повысилась температура

-тормозного устройства!). Тепловой эффект процесса дей­ ствительно был бы равен нулю, если бы вся полученная

'системой работа была израсходована только на измене­ ние энергетического состояния (нагревание) самой си­ стемы. Однако в условии отмечено, что тормозное уст­ ройство имеет воздушное охлаждение, т. е. налицо от­

вод энергии к окружающей среде (воздуху).

Вернитесь к фрагменту 1— 1 и выберите другой ответ.

Чтобы найти значение Нт— Н298 для пара при за­

данной температуре, требуется рассмотреть цепь равно­ весных процессов, ведущих от стандартного состояния

кзаданному, например:

1)изобарное нагревание воды (жидкой) от 273 К до

температуры кипения (Д # і > 0);

давления при постоянной температуре (Д # ш ). Посколь­ ку при таких Т и р водяной пар практически ведет себя как идеальный газ, а у последнего при Т = constэн­ тальпия не изменяется, то ДЯщ « 0^

37