Первый закон термодинамики.
В основе химической термодинамики лежат два закона, называемых первым и вторым законами термодинамики.
Первый закон термодинамики вытекает из обобщения многолетнего опыта человечества. Выдвинутые Ломоносовым идеи о законе сохранении материи и движения получили развитие в работах Майера, Гельмгольца и Джоуля, в которых экспериментально было установлено, что теплота и работа являются эквивалентными энергетическими эффектами и связаны с изменением внутренней энергии системы.
Первый закон термодинамики связан с законом сохранения энергии и устанавливает эквивалентность различных ее форм.
Первый закон термодинамики имеет следующую формулировку: Энергия, сообщенная системе, расходуется на увеличение (изменение) внутренней энергии и на работу, совершаемую системой против внешних сил
Математически первый закон термодинамики можно записать так:
Q=ΔU +A
Здесь: Q – энергия (теплота), сообщенная системе; ΔU – изменение внутренней энергии системы; А – работа против внешних сил.
Значение внутренней энергии системы зависит от параметров состояния системы (прежде всего от температуры и давления), а ΔU – от значения этих параметров в начальном и конечном состояниях системы. Следовательно, внутренняя энергия является термодинамической функцией состояния системы.
ΔU = U2–U1
U1 – внутренняя энергия системы в начальном состоянии. U2 – внутренняя энергия системы в конечном состоянии.
В обычных условиях система находится под атмосферным давлением, которое, не меняется резко. Его можно считать в данный момент постоянным. В этом случае работа будет совершаться за счет изменения объема, т.е. расширения или сжатия системы в результате химической реакции.
А=V1∫V2pdv или А= pΔV=(V2–V1)
Значения ΔU и А подставим в математическое выражения первого закона термодинамики.
Q=ΔU + A=U2 – U1 + p (V2–V1)=U2 – U1 + pV2 – pV1=(U2 + pV2) – (U1 + pV1)
Выражение (U + pV) обозначим через Н.
U + pV=Н
Следовательно
Q=H2 – H1=ΔH
Величину Н называют энтальпией системы, а ΔH – изменением энтальпии системы в результате химической реакции. Мы пришли к выводу, что энергия (теплота), сообщенная системе, расходуется на изменение энтальпии системы. При Р const
Qp=ΔH
Энтальпия Н, как и внутренняя энергия U является термодинамческой функцией, функцией состояния.
Рассмотрим, в чем заключается физический смысл энтальпии. В выражении
Н=U=pV
U – внутренняя энергия, а произведение pV – внешняя энергия. Следовательно энтропия – сумма внутренней и внешней энергии. Физический смысл энтальпии тот же, что и внутренней энергии, т.е. смысл энергии. Внутренняя энергия при постоянном объеме, энтальпия при постоянном давлении.
При Р=const
Qp=ΔH
При V=const
Q=ΔU
Смотрите также
Охрана труда сегодня, как никогда, актуальна
Опыт крупнейших мировых компаний показывает, что охрану труда высшие руководители считают одним из главных приоритетов. Так, из десятков показателей деятельности предприятия охрану труда и здоровья св ...
Платина
...