Первый закон термодинамики, его приложение к биосистемам. Закон Гессе
Термодинамическая система. Основные параметры состояния.
Термодинамика – это наука о закономерностях перехода энергии между системами
Т. система – совокупность объектов, взаимосвязь между которыми больше, чем с объектами внешней среды.
Термодинамические системы:
· Изолированные (∆m=0, ∆E=0) – не обменивается с внешней средой ни объемом, ни энергией.
· Закрытые (∆m=0, ∆E≠0) – то же, но возможен обмен энергией
· Открытые (∆m≠0, ∆E≠0)
Состояния:
1. Равновесное состояние системы – параметры системы постоянны, нет вещества и потока энергии.
2. Стационарное состояние – параметры системы не изменяются, при наличии потока вещества и энергии.
3. Переходное состояние – параметры системы изменяются.
Термодинамические системы бывают трех видов:
1. Изолированные (нет обмена ни веществом, ни энергией с окружающей
средой). Пример – герметичный сосуд с газом с теплоизоляционной
оболочкой, Вселенная в целом.
2. Замкнутые (нет обмена веществом с окружающей средой). Пример –
герметичный сосуд.
3. Открытые (есть и энерго- и массообмен с окружающей средой).
Пример – костер, человек.
Энергия – количественная мера определенного вида движения материи при её превращениях (Дж) 1кал=4,184Дж
Состояния систем характеризуются параметрами состояния и
функциями состояния.
Параметры состояния системы – это свойства, однозначно
характеризующие однородные части системы. Например, для идеального
газа параметрами являются четыре свойства – давление P, объём V,
температура T и количества молей m . Любые три из них – независимы. Это
означает, что, задав произвольно любые три из четырех параметров, мы по
уравнению состояния (в данном случае это будет уравнение Клапейрона-
Менделеева) найдем четвертый:
PV= m RT
Для более сложных систем могут появиться дополнительные параметры
состояния – например, химический состав.
Параметры делятся на интенсивные и экстенсивные. Интенсивные
параметры не зависят от количества вещества в системе (давление,
температура, напряженность электрического поля и др.), а экстенсивные –
зависят (объем, масса, заряд и др.)
Для описания термодинамической системы вводят так называемые термодинамические величины — набор физических величин, значения которых определяют термодинамическое состояние системы. Примерами термодинамических величин являются:
§ температура
§ давление
§ объем
§ внутренняя энергия
§ энтропия
§ энтальпия
§ свободная энергия Гельмгольца
§ энергия Гиббса
Если термодинамическое состояние системы не меняется со временем, то говорят, что система находится в состоянии равновесия. Строго говоря, термодинамические величины, приведённые выше, могут быть определены только в состоянии термодинамического равновесия.
Первый закон термодинамики, его приложение к биосистемам. Закон Гессе
1-й з-н терм-ки: количество теплоты, переданное системе, идёт на изменение её внутренней энергии и совершения спонтанной работы. Q=∆U+A (является законом сохранения энергии)(А=∆U). Определяет не возможность создания вечного двигателя первого рода.
Изохорические процессы: V=const Q=∆U
Изобарические: p=const Q=∆U+p∆V
Изотермические: t=const
Для изобарного процесса: A= -p∆V Q=∆U+p∆V
Для биосистемы характерны изобар.процессы.
Энтальпия (Н) – термодинамическая характеристика или функциональное состояние системы приращения которой равно теплоте, полученной в изобарном процессе. H=U+pV
Первый закон термодинамики – закон сохранения энергии – гласит: энергия не создается и не исчезает, она превращается из одной формы в другую. В результате превращений энергии определено, что никогда нельзя получить энергии больше чем затрачено - нельзя из ничего получить нечто. На выходе из системы энергия преобразуется в иные формы.
Любая преобразовательная деятельность человека не в состоянии ни создать, ни уничтожить ни единого атома вещества, а лишь позволяет перевести из одного состояния в другое. С точки зрения природопользования необходимо усвоить, что любой процесс будет создавать отходы, которые также являются частью преобразовательного природного вещества.