ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Первое начало термодинамики сохранение энергии из "Современная термодинамика " Еще со времен Ньютона и Лейбница было известно, что есть механическая (кинетическая + потенциальная) энергия, которая подчиняется закону сохранения. Однако вплоть до XIX в. энергию не считали общей и универсальной физической величиной [5,8]. [c.48] Следует заметить, что Гесс открыл (1840) закон постоянства сумм теплот реакций , т. е. закон сохранения энергии в применении к химическим реакциям, за семь лет до выхода в свет статьи Гельмгольца. Закон Гесса — основной закон термохимии — в современной науке широко используется при вычислении теплот химических реакций. [c.48] Когда система претерпевает превраш,ение, алгербаическая сумма различных изменений энергии — теплообмена, совершаемой работы и т. д. — не зависит от способа превращения. Она зависит только от начального и конечного состояний. [c.49] Никаким способом с помощью механических, тепловых, химических или любых других устройств невозможно осуществить вечное движение, т. е. построить устройство, которое работало бы циклически и непрерывно производило работу или кинетическую энергию из ничего. [c.51] Нетрудно видеть, что предложенная Плавком формулировка эквивалентна формулировке, суть которой выражена соотношением (2.2.1). Обратите внимание, что формулировка выдержана в чисто макроскопических терминах в ней нет ни малейшего упоминания о микроскопической структуре вещества. Описанный выше процесс известен как вечное движение первого рода. [c.51] Для закрытой системы энергию, которой система обменивается с окружающей средой, можно разделить на две части иа количество теапоты dQ и количество механической энергии dW. Эти составляющие dQ и д в отличие от полной внутренней энергии dU не являются независимыми от способа преобразования нельзя однозначно задать dQ или dW, просто указав начальное и конечное состояния. Следовательно, невозможно определить функцию Q, которая зависит только от начального и конечного состояний, т. е. тепловая энергия (теплосодержание) ие функция состояния. Поэтому справедливо, что каждая система обладает некоторым количеством энергии II, но совершенно невозможно утверждать, что каждая система обладает некоторым количеством теплоты Q или работы IV. Однако количество теплоты, которым система обменялась с окружающей средой в том или ином превращении, можно определить без труда. Если скорость процесса, возникающего в результате обмена теплом, известна, то dQ — количество теплоты, которым система обменялась с окружающей средой за интервал времени dt. [c.51] Кроме того, для открытых систем мы определяем объем как пространство, заданное не количеством молей, а границей системы, которая может быть мембраной. Поток вещества, входящий в систему и выходящий из нее, может быть связан с механической работой (например, поток молекул, поступающих в систему через полупроницаемую мембрану из-за избыточного внешнего давления), поэтому dW не обязательно связано с изменениями объема системы. [c.52] Различия бесконечно малых величин (117, dQ и dW (формула 2.2.3) состоят в том, что [7 — бесконечно малая разность, а. dQ и УК — бесконечно малые количества. Иными словами, [/ — функция состояния, а (3 и И — функционалы, численное значение которых различно для различных способов проведения процесса при одинаковом исходном и конечном состояниях системы. На это обстоятельство особое внимание обращал Планк [Планк М. Термодинамика. — М.-Л. Госиздат, 1925]. [c.52] Так как 7 —функция состояния, этот интеграл не зависит от пути процесса. [c.53] Рассмотрим теперь несколько конкретных примеров обмена энергией в формах, отличных от теплоты. [c.53] В общем случае в. У есть сумма всех возможных видов работы , причем каждое слагаемое представляет собой произведение интенсивной переменной и дифференциала экстенсивной переменной. [c.54] Калориметр. Теплоту, которая вьщеляется или поглощается в ходе превращения, например в ходе химической реакции, можно измерить с помощью калориметра. Исследуемый процесс проводят внутри камеры, хорошо изолированной от окружающей среды, чтобы свести до минимума тепловые потери. Чтобы измерить теплоту, выделяемую в процессе, сначала необходимо определить теплоемкость калориметра. Для этого отмечают, насколько повысится температура калориметра при протекании процесса, для которого количество выделяемого тепла известно. Например, пусть известно, что при прохождении тока по проводнику выделяется теплота (Дж/с), где 7—сила тока (в амперах), Д — сопротивление (в омах). (Если воспользоваться законом Ома V — 1Н, где V — напряжение на концах проводника (в вольтах), то это количество теплоты равно VI.) Если теплоемкость калориметра Скал известна, то для определения количества теплоты, выделяемого в результате процесса, необходимо только измерить начальную и конечную температуру калориметра при протекании исследуемого процесса. [c.55] Калориметрическая бомба. Теплоту сгорания вещества определяют с помощью калориметрической бомбы. Сгорание вещества происходит внутри калориметрической бомбы, выполненной в виде герметичной камеры, под давлением около 20 атм в атмосфере чистого кислорода, чтобы обеспечить полноту сгорания. [c.55] Вернуться к основной статье