Реферат Курсовая Конспект
Термодинамические процессы - раздел Химия, Физическая химия Математическое Выражение Первого Закона Термодинамики Для Про...
|
Математическое выражение первого закона термодинамики для процессов, связанных с бесконечно малыми изменениями состояния системы, имеет вид
, (1)
где q – теплота, т. е. неупорядоченная форма передачи энергии при хаотическом движении молекул; А – работа, т. е. форма передачи энергии при направленном движении системы (работа расширения: А = Р ∆V); U – внутренняя энергия, т. е. полный запас энергии при изохорическом процессе.
При изобарическом процессе полный запас энергии характеризуется энтальпией Н. Внутренняя энергия и энтальпия являются функциями состояния, свойствами системы. Соотношение между ними
Н = U + PV .
Теплота и работа не являются функциями состояния, они характеризуют систему во время процесса, служат формами передачи энергии.
Для конечного изменения состояния системы первый закон термодинамики запишется так:
∆U = q – A. (2)
Теплота q считается положительной, если она подводится к системе (поглощается), и отрицательной, если она отводится от системы (выделяется). Работа А считается положительной, если система совершает работу относительно окружающей среды, и отрицательной, если работа совершается над системой. ∆U считается положительной, если в ходе процесса внутренняя энергия возрастает.
Уравнения (1) и (2) справедливы для любой термодинамической системы в любом агрегатном состоянии. Для идеального газа выражения первого закона термодинамики, формулы вычисления теплоты и работы в четырех основных термодинамических процессах приведены в таблице:
Процесс | Первый закон термодинамики | Работа | Теплота | Уравнение состояния газа |
Изобари- ческий | P(V2 – V1) R(T2 – T1) | Cp(T2 – T1) | ||
Изохори- ческий | Cv(T2 – T1) | |||
Изотерми- ческий | qТ = AT | P V = const | ||
Адиабати- ческий | ∆U = -A | Cv (T1 – T2) |
Взаимосвязь между атомной или мольной теплоемкостями идеального газа при постоянном давлении Ср и при постоянном объеме Сv следующая: Ср - Сv = R, где R – универсальная газовая постоянная, численно равная работе расширения, которую совершает 1 моль идеального газа при повышении его температуры на 1 градус, R = 8,314 Дж/(моль · К).
Мольная теплоемкость идеального газа при постоянном объеме при сравнительно невысоких температурах равна:
а) для одноатомных газов – (3/2)R;
б) для двухатомных газов и трехатомных с линейными молекулами – (5/2)R;
в) для газов с нелинейными трехатомными и многоатомными молекулами – 3R.
Пример 1
Двуокись углерода в количестве 100 г находится при 273 К и давлении 1,013 · 105 Н/м2. Определить q, A, ∆U и ∆Н:
A) при изотермическом расширении до объема 0,2 м3;
Б) при изобарическом расширении до объема 0,2 м3;
В) при изохорическом нагревании до давления 2,026 .105 н/м2
Г) при адиабатическом сжатии до 2,026 .105 н/м2;
Принять, что СО2 подчиняется законам идеальных газов, а истинная молярная теплоемкость при постоянном давлении Ср постоянна и равна 37,1 Дж/моль*К.
РЕШЕНИЕ:
А) для изотермического расширения: ∆UT = 0, ∆HT = 0/
Первый закон термодинамики: q = A.
q = A =
число молей СО2 равно:
Запишем уравнение состояния идеальных газов (Менделеева - Клапейрона) для состояния 1: P1V1 = nRT. Отсюда:
Тогда:
q = A = 2,27.8,314 .273ln= 7070 Дж.
Б) для изобарического процесса:
qp = ∆Hp = nCp (T2 – T1) =
Работа расширения газа в изобарическом процессе:
Согласно 1 закону термодинамики:
∆U = q – A = 67,4-15,0 = 52,4 кДж.
В) для изохорического процесса: А=0, V1 = const
Г) для адиабатического процесса: q=0.
,
– Конец работы –
Эта тема принадлежит разделу:
На сайте allrefs.net читайте: ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Термодинамические процессы
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов