Сделай Сам Свою Работу на 5

Второй закон термодинамики





Курсовая работа по основам физической химии

на тему:

 

« Термохимия и химическая термодинамика»

 

Руководитель:Михайлова М.С.

Выполнил: ст.гр.ЭТМО-35 Павлович В.С.

 

Дата:

 

Оценка:

 

 

Москва 2012

Теоретические сведения.

Термодинамика-наука о взаимопревращениях различных форм энергии и законах этих превращений. Термодинамика базируется только на экспериментально обнаруженных объективных закономерностях, выраженных в двух основных началах термодинамики

Термодинамика изучает:

-переходы энергии из одной формы в другую, от одной части системы к другой;

-энергетические эффекты, сопровождающие различные физические и химические процессы. И зависимость их от условий протекания данных процессов;

-возможность, направление и пределы самопроизвольного протекания процессов в рассматриваемых условиях.

Основные понятия

 

Термодинамическая система — это некая физическая система, состоящая из большого количества частиц, способная обмениваться с окружающей средой энергией и веществом. Также обычно полагается, что такая система подчиняется статистическим закономерностям. Для термодинамических систем справедливы законы термодинамики.



Изолированная система (замкнутая система) — термодинамическая система, которая не обменивается с окружающей средой ни веществом, ни энергией. В термодинамике постулируется (как результат обобщения опыта), что изолированная система постепенно приходит в состояние термодинамического равновесия, из которого самопроизвольно выйти не может (нулевое начало термодинамики).

Адиабатически изолированная система — термодинамическая система, которая не обменивается с окружающей средой энергией в форме теплоты. Изменение внутренней энергии такой системы, равно производимой над ней работе. Всякий процесс в адиабатически изолированной системе называется адиабатическим процессом.

Закрытая система – система, которая обменивается с окружающей средой энергией, но не обменивается веществом.

Открытая система — система, которая обменивается веществом и энергией. Совокупность всех физических и химических свойств системы характеризует ее термодинамическое состояние. Все величины, характеризующие какое-либо макроскопическое свойство рассматриваемой системы, являются параметрами состояния.



Обратимый процесс — термодинамический процесс, который может проходить как в прямом, так и в обратном направлении, проходя через одинаковые промежуточные состояния, причем система возвращается в исходное состояние без затрат энергии, и в окружающей среде не остается макроскопических изменений.

Равновесный тепловой процесс — тепловой процесс, в котором система проходит непрерывный ряд бесконечно близких равновесных термодинамических состояний.

Энергия – мера способности системы совершать работу; общая качественная мера движения и взаимодействия материи. Энергия является неотъемлемым свойством материи. Различают потенциальную энергию, обусловленную положением тела в поле некоторых сил, и кинетическую энергию, обусловленную изменением положения тела в пространстве.

Внутренняя энергия системы – важнейшая характеристика термодинамической системы, включает в себя все виды энергии частиц внутри системы.

Теплота и работа характеризует качественно и количественно две различные формы передачи движения от одной части материального мира к другой. Одна форма – передача движения путем хаотических столкновений молекул двух соприкасающихся тел, т.е. путем теплопроводности (и одновременно путем излучения). Мерой передаваемого таким способом движения является теплота Q. Теплота есть передача энергии путем неупорядоченного движения молекул. Другая форма – передача движения путем перемещения масс, охватывающих очень большое количество молекул (т.е. макроскопических масс), под действием каких-либо сил. Общей мерой передаваемого таким способом движения является работа А – передача энергии путем упорядоченного движения частиц.



Теплота и работа возникают только тогда, когда возникает процесс, и характеризуют только процесс. В статических условиях теплота и работа не существуют. Различие между теплотой и работой, принимаемое термодинамикой как исходное положение и противопоставление теплоты работе имеют смысл только для макроскопической системы.

Первый закон термодинамики

 

Если система обменивается теплом с окружающими телами и совершает работу (положительную или отрицательную), то изменяется состояние системы, т. е. изменяются ее макроскопические параметры (температура, давление, объем). Так как внутренняя энергия U однозначно определяется макроскопическими параметрами, характеризующими состояние системы, то отсюда следует, что процессы теплообмена и совершения работы сопровождаются изменением ΔU внутренней энергии системы.

 

Первый закон термодинамики является обобщением закона сохранения и превращения энергии для термодинамической системы. Он формулируется следующим образом:

 

Изменение ΔU внутренней энергии неизолированной термодинамической системы равно разности между количеством теплоты Q, переданной системе, и работой A, совершенной системой над внешними телами.

ΔU = Q – A.

 

Соотношение, выражающее первый закон термодинамики, часто записывают в другой форме: Q = ΔU + A.

Количество теплоты, полученное системой, идет на изменение ее внутренней энергии и совершение работы над внешними телами.

 

Первый закон термодинамики является обобщением опытных фактов. Согласно этому закону, энергия не может быть создана или уничтожена; она передается от одной системы к другой и превращается из одной формы в другую. Важным следствием первого закона термодинамики является утверждение о невозможности создания машины, способной совершать полезную работу без потребления энергии извне и без каких-либо изменений внутри самой машины. Такая гипотетическая машина получила название вечного двигателя первого рода. Многочисленные попытки создать такую машину неизменно заканчивались провалом. Любая машина может совершать положительную работу A над внешними телами только за счет получения некоторого количества теплоты Q от окружающих тел или уменьшения ΔU своей внутренней энергии.

 

Имеется несколько формулировок первого закона термодинамики, однако все они отражают неуничтожимость и эквивалентность энергии при переходе различных видов ее друг в друга:

1. В изолированной системе сумма всех видов энергии есть величина постоянная

2. Невозможно создать вечный двигатель первого рода, так как невозможно создать машину, которая производит работу без подведения энергии извне.

 

Второй закон термодинамики

Второе начало термодинамики определяет направление превращения энергии, т.е. указывает, какой процесс и в каком направлении может протекать при данных условиях (температуре, давлении и концентрации) без сообщения энергии извне.

Согласно второму закону термодинамики в изолированных системах самопроизвольно протекают лишь те процессы, при которых энергия переходит от боле высокого уровня к более низкому.

Действительно, самопроизвольные процессы протекают лишь в том случае, если имеется различие в уровнях энергии, которое определяет направление возможного самопроизвольного перехода и его предел. Процесс идет до тех пор, пока уровни энергии во всех частях системы не станут одинаковыми. Точнее, пределом, до которого протекает процесс, является состояние равновесия, связанное с выравниванием уровней энергии: температуры, давления, концентрации, электрических потенциалов и т.д.

Из второго закона термодинамики следует, что теплота не может самопроизвольно перейти от менее нагретого к более нагретому.

Существуют несколько эквивалентных формулировок второго начала термодинамики:

Постулат Клаузиуса: «Невозможен процесс, единственным результатом которого являлась бы передача тепла от более холодного тела к более горячему».

Постулат Томсона (Кельвина): «Невозможен круговой процесс, единственным результатом которого было бы производство работы за счет охлаждения теплового резервуара».

Другая формулировка второго начала термодинамики основывается на понятии энтропии:

«Энтропия изолированной системы не может уменьшаться» (закон неубывания энтропии).

 

Такая формулировка основывается на представлении об энтропии как о функции состояния системы, что также должно быть постулировано.

 

Второе начало термодинамики в аксиоматической формулировке Клаузиуса имеет следующий вид:

Для любой квазиравновесной термодинамической системы существует однозначная функция термодинамического состояния S=S(T,x,N) , называемая энтропией, такая, что ее полный дифференциал :dS= δQ/T

 

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.