ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы При менение первого закона термодинамики к простейшим процессам из "Физическая химия" Важной характеристикой любого процесса является работа. Однако ее величина в одном и том же процессе в зависимости от способа его проведения может быть различной. Это обусловлено возможностью различных потерь ра-боты, например вследствие трения. В результате фактически произведенная или затраченная работа не полностью характеризует процесс. Для того чтобы получить точное представление о данном процессе, вводят понятие о максимальной работе, которая могла бы быть произведена в идеальных условиях. Это возможно лишь в некотором воображаемом процессе, в ходе которого и система, и окружающая среда все время находятся в состоянии теплового равновесия. Подобный процесс является обратимым— все промежуточные состояния при переходе системы из начального состояния в конечное в точности повторяются на обратном пути, т. е. они по существу представляют собой последовательность бесконечно близких друг к другу положений равновесия. Если система, совершившая обратимый процесс, возвращается в исходное состояние также обратимым путем, то после этого ни в системе, ни в окружающей среде не остается каких-либо изменений. Реальные процессы могут лишь приближаться к обратимым, но для этого они должны совершаться бесконечно медленно. [c.19] Если вновь сжимать газ, то под действием первой порции нагруженного песка давление резко возрастает (от точки Г до Д), затем объем газа уменьшится до равновесного (точка Е). При дальнейшем нагружении поршня может быть вновь достигнуто исходное состояние по ступенчатой линии 3. Из рис. 1.3 видно, что затраченная на сжатие работа больше, чем полученная при расширении, и, следовательно, процесс проведен необратимо. [c.20] Вообразим теперь другой способ его осуществления, при котором груз с поршня снимается по одной песчинке, так что давление газа лишь на бесконечно малую величину превышает массу поршня и при столь малом расширении оно практически не уменьшается. При таком проведении процесса он приближается к обратимому и его протекание изображается кривой 1. Очевидно, процесс сжатия при нагружении поршня отдельными песчинками будет изображаться той же кривой (в обратной последовательности). Видно, что при таком обратимом расширении газа работа, совершенная им за счет подведенного тепла, больше, чем при любом необратимом расширении, т. е, максимальна. Очевидно также, что обратимые процессы всегда выгоднее необратимых. [c.20] Рассмотрим теперь примеры применения первого закона термодинамики к процессам, протекающим при постоянных температуре, объеме и давлении, соответственно называющимися изотермическими, изохорическими и изобарическими. Найдем выражение для работы при обратимом проведении этих процессов. [c.21] Сопоставляя уравнення (1.12) и (16), можно заметить, что теплоемкость при постоянном объеме характеризует возрастание внутренней энергии. [c.21] Для идеального газа dU дУ)т=0, и поэтому в выражении для Су можно заменить частную производную полной, т. е. v = AU йТ. [c.21] Для того чтобы найти численное значение интеграла, необходимо знать вид функциональной зависимости Си от Т. Здесь и дальше большая буква С обозначает теплоемкость одного моля веш,ества. [c.22] Из уравнений (1.10) н (1.16) видно, что в двух частных случаях (при постоянных объеме или давлении) количество тепла, сообщенное системе, равно изменению величин функции состояния и или Н. Иными словами, тепловые эффекты подобных процессов полностью определяются начальным и конечным состояниями системы. Обычно функция Н используется чаще, чем функция /, так как большинство реальных процессов протекает при постоянном давлении. [c.22] Из уравнения Клапейрона—Менделеева и выражеппя работы, как произведения рУ, следует, что величина Я есть работа расширения моля идеального газа при нагревании на 1К при постоянном давлении. Отсюда следует, что из уравнения (1.20) можно вычислить механический эквивалент тепла, приравняв разность теплоемкостей Ср и Су, выраженную в тепловых единицах, к работе расширения газа в механических единицах. Например, разность Ср—Су=Н, вырал енная в калориях, есть 1,987 кал/ /(моль-К), а в джоулях она равна 8,314. Отсюда калория эквивалентна 8,314/1,987 = 4,184 Дж. Подобный расчет впервые был сделан в 1842 г. одним из основателей первого закона термодинамики Р. Майером. [c.23] При нагревании твердых тел работа расширения незначительна по сравнению с изменением внутренней энергии. Поэтому Ср—Су для твердых тел меньше, чем для газов. Обычно она составляет 0,8ч-1,2 Дж/(моль-К) и определяется не только работой, но и изменением внутренней энергии при изменении объема. [c.23] Вернуться к основной статье