Лекция 3 Теплоемкость. Второе начало термодинамики. - презентация

1 Лекция 3 Теплоемкость. Второе начало термодинамики.

2 Теплоемкость. Теплоемкость ( С ) Теплоемкость ( С ) – это количество теплоты, необходимое для нагревания единицы вещества на 1 К. Молярная теплоемкость ( С ) Молярная теплоемкость ( С ) – это количество теплоты, необходимое для нагревания 1 моль вещества на 1 К. Единицы измерения Дж / моль · К. Удельная теплоемкость ( С ) Удельная теплоемкость ( С ) – это количество теплоты, необходимое для нагревания 1 г вещества на 1 К. Единицы измерения Дж / г · К. Изобарная теплоемкость ( С P ) Изобарная теплоемкость ( С P ) – это количество теплоты, необходимое для нагревания 1 моль вещества на 1 К при постоянном давлении. Единицы измерения Дж / моль · К. Изохорная теплоемкость ( С V ) Изохорная теплоемкость ( С V ) – это количество теплоты, необходимое для нагревания 1 моль вещества на 1 К при постоянном объеме. Единицы измерения Дж / моль · К. С P – С V = R – для идеальных газов

3 Одноатомный газ Двухатомный газ СPСPСPСP СVСVСVСV Теплоемкость идеальных газов не зависит от природы вещества, а определяется лишь количеством атомов в молекуле. температурными рядами Теплоемкость реальных веществ зависит и от природы вещества и от температуры. Зависимость теплоемкости от температуры определяется температурными рядами. С P = a + bТ + cТ 2 С P = a + bТ + cТ 2 - для органических соединений. С P = a + bТ + c`Т -2 С P = a + bТ + c`Т -2 - для неорганических соединений.

4

5 Закон Кирхгоффа. Закон Кирхгоффа позволяет определить тепловой эффект процесса при условиях отличных от стандартных.

6 Второе начало термодинамики. Второе начало термодинамики устанавливает направление протекания процесса и описывает состояние равновесия. В тепловых машинах теплота, полученная от теплоисточника, не может быть полностью переведена в механическую работу. Часть ее должна быть передана третьему лицу – холодильнику. Теплота не может самопроизвольно переходить от холодного тела к горячему. Невозможно превратить в работу теплоту какого - либо тела, не производя никакого другого действия, кроме охлаждения этого тела. Осуществление вечного двигателя II рода невозможно. Под вечным двигателем II рода подразумевают такую периодически действующую тепловую машину, которая способна была бы полностью превращать теплоту в работу без передачи части ее холодильнику.

7 Энтропия. Энтропия Энтропия – это термодинамическая функция состояния система, определяется тем, что ее дифференциал при элементарном квазистатическом процессе равен отношению бесконечно малого количества теплоты, сообщенной системе, к термодинамической температуре. Данное уравнение считается аналитическим выражением второго начала термодинамики. Объединенное уравнение первого и второго начала термодинамики : Знак ( ) - для неравновесных процессов ; знак ( ) - для равновесных процессов ; W – любая максимально полезная работа кроме работы расширения идеального газа.

8 S S Изменение энтропия – критерий самопроизвольности процесса в изолированной системе. В изолированной системе возможно протекание лишь тех процессов для которых ( ΔS) 0. Критерием наступления равновесного состояния является ( Δ S ) 0. Если система является сложной и состоит из некоторых частей, то изменение энтропии всей системы в ходе протекания процесса складывается из изменения энтропий каждой части системы. Нагревание или охлаждение при постоянном давлении Изотермическое расширение или сжатие. Фазовые переходы. Смешение идеальных газов при постоянных температуре и давлении. Расчет изменения энтропии для различных процессов

9 Характеристические функции. Термодинамические потенциалы. Характеристические функции Характеристические функции – функции состояния системы, посредством которых и их производных по соответствующим параметрам могут быть выражены в явном виде все термодинамические свойства системы. 1. Внутренняя энергия : dU = TdS - pdV ; (dU/dS) V =T; (dU/dV) S =-p. 2. Энтальпия : dH = TdS + Vdp ; (dH/dS) p =T; (dH/dp) S =V. 3. Энергия Геймгольца : do = -рdV - SdT ; (dA/dV) T =-p; (dA/dT) V =-S. 4. Энергия Гиббса : dG = Vdp - SdT ; (dG/dp) T =V; (dG/dT) p =-S.

10 Термодинамические потенциалы Термодинамические потенциалы – функции состояния системы, понижение значений которых равно максимально полезной работе, совершенной в системе при определенных условиях. 1. Внутренняя энергия – изохорно - изоэнтропийный потенциал -(dU) V,S = W'. 2. Энтальпия – изобарно - изоэнтропийный потенциал -(dН) р,S = W'. 3. Энергия Геймгольца – изохорно - изотермический потенциал -(do) V,Т = W'. 4. Энергия Гиббса – изобарно - изотермический потенциал -(dG) p,T = W'.

11 G Изменение энергии Гиббса – критерий самопроизвольности процесса в закрытой системе при постоянном давлении и температуре (Р,Т = const). В закрытой системе возможно протекание лишь тех процессов для которых ( Δ G ) < 0. Критерием наступления равновесного состояния является ( Δ G ) 0. А В закрытой системе при постоянном объеме и температуре (V,Т = const) – критерий самопроизвольности процесса ( Δ А ) < 0 Критерием наступления равновесного состояния является ( Δ G ) 0.