Применение первого начала термодинамики к гомогенным однокомпонентным закрытым системам

Изохорный процесс (V=const; ΔV=0)

В простейшем случае – полезная работа не совершается.

dU = δQ + δW = δQ – pdV

dU = δQv = CVdT = nCVdT

Все количество теплоты, полученное системой, идет на изменение внутренней энергии.

Применение первого начала термодинамики к гомогенным однокомпонентным закрытым системам - student2.ru

– теплоемкость при постоянном объеме,т. е. количество теплоты, необходимое для повышения температуры системы на один градус при постоянном объеме. [СV] =Дж/град.

ĈV – мольная теплоемкость при постоянном объеме, Дж/(моль × град). Для идеальных газов:

ĈV = 2/3R – одноатомный газ;

ĈV = 5/2R – двухатомный газ.

Изобарный процесс (Р=const)

dU = δQ + δW = δQ – pdV

δQp = dU + pdV = d(U + pV) = dH

H = U + pV – энтальпия – функция состояния системы.

ΔН = Σ(νiUi)прод – Σ(νiUi)исх

δQp = dU + pdV =dH = CpdT –тепловой эффект изобарного процесса равен изменению энтальпии системы.

Применение первого начала термодинамики к гомогенным однокомпонентным закрытым системам - student2.ru

– теплоемкость при постоянном давлении. [С] = Дж/град.

Ĉр – мольная теплоемкость при постоянном давлении, Дж/(моль × град).

Для идеальных газов: Ĉр = ĈV + R; Ĉр, ĈV =[Дж/(моль • К)].

Тепловой эффект (теплота) химической реакции – количество теплоты, выделившейся либо поглотившейся в ходе реакции при постоянной температуре.

Qv = ΔUV

Qp = ΔUp

Зависимость теплового эффекта реакции от температуры. Закон Кирхгоффа

Температурный коэффициент теплового эффекта химической реакции равен изменению теплоемкости системы в ходе реакции.

Закон Кирхгоффа:

Применение первого начала термодинамики к гомогенным однокомпонентным закрытым системам - student2.ru

Для химического процесса изменение теплоемкости задается изменением состава системы:

ΔСр= Σ(νiCp,i)прод – Σ(νiCp,i)исхили ΔCV =Σ(νiCV,i)прод – Σ(νiCV,i)исх

Интегральная форма закона Кирхгоффа:

ΔНТ2 = ΔНТ1 + ΔСр(Т2 – T1) или ΔUT2 = ΔUTi + ΔСV(Т2 – T1)

Второе начало термодинамики. Энтропия

1) Теплота не может самопроизвольно переходить от менее нагретого тела к более нагретому.

2) Невозможен процесс, единственным результатом которого является превращение теплоты в работу.

3) Существует некоторая функция состояния системы, названная энтропией,изменение которой следующим образом связано с поглощаемой теплотой и температурой системы:

в неравновесном процессе

Применение первого начала термодинамики к гомогенным однокомпонентным закрытым системам - student2.ru

в равновесном процессе

Применение первого начала термодинамики к гомогенным однокомпонентным закрытым системам - student2.ru

S – энтропия,Дж/град,

Применение первого начала термодинамики к гомогенным однокомпонентным закрытым системам - student2.ru

– приведенная теплота.

Статистическая интерпретация энтропии

Каждому состоянию системы приписывается термодинамическая вероятность(определяемая как число микросостояний, составляющих данное макросостояние системы), тем большая, чем более неупорядоченным или неопределенным является это состояние. Энтропия – функция состояния, описывающая степень неупорядоченности системы.

S = klnW – формула Больцмана.

Система стремится самопроизвольно перейти в состояние с максимальной термодинамической вероятностью.

Расчет абсолютной энтропии

Применение первого начала термодинамики к гомогенным однокомпонентным закрытым системам - student2.ru

Изменение энтропии в ходе химического процесса определяется только видом и состоянием исходных веществ и продуктов реакции и не зависит от пути реакции:

ΔS = Σ(νiSi)прод – Σ(νiSi)исх

Величины абсолютной энтропии в стандартных условиях приведены в справочной литературе.

Наши рекомендации