1. Первый закон термодинамики. Внутренняя энергия-функция состояния системы.

Первый закон термодинамики является следствием закона сохранения энергии и характеризует эквивалентность перехода энергии из одной формы в другую.

Q=ΔU+A (1)

dQ=dU+dA (2) – для бесконечно малых величин

dA- бесконечно малая механическая работа

dA=pdV

A=pΔV

Формулировка:

Количества тепла идет на увеличения внутренней энергии системы и на совершение этой системой механической работы расширения

Не возможно создать вечный двигатель 1-ого рода, который совершает работу без

затраты энергии из вне.

Анализ ур-ия:

1. dA=0 либо А=0

dQ=dU

если в системе не совершается работа, то тепло идет на увеличение внутренней энергии

системы.

2. dQ=0

dA=-dU

работа совершается за счет убыли ее внутренней энергии

Из первого закона термодинамики следует , что переход термодинамической системы из одного состояния в другое характеризуется изменением энергии системы. Чтобы не рассматривать изменение энергии каждой микрочастицы вводится суммарная энергия всех частиц, которая называется внутренней энергией (U).

Внутренняя энергия – сумма кинетических энергий движения частиц и кинетических энергий межмолекулярных взаимодействий. Это общий запас энергии системы за вычетом кинетической и потенциальной энергий энергии системы в целом:

ΔU=U₂-U₁

U₁ и U₂ –определить

2. Связь внутренней энергии с термодинамическими параметрами (U=f(V,T); U=f(p,T)).

В термодинамике применяют различные уравнения , которые связывают внутреннюю энергию с термодинамическими параметрами:

1) U=f(V,T) p=const;

dU=(∂U/∂V)_TdV+(∂U/∂T)_VdT

dQ=(∂U/∂V)_TdV+(∂U/∂T)_VdT+pdA

dQ=(∂U/∂V)_TdV+(∂U/∂T)_VdT+pdV=[(∂U/∂V)_T+p]dV+(∂U/∂T)_VdT

C_V=(∂U/∂T)_V – теплоемкость при постоянном объеме

l_T=(∂U/∂V)_T+p – теплота изотермического расширения

Это то количество тепла которое необходимо сообщить системе для увеличения объема при постоянной температуре на единицу измерения в отсутствии химической реакции.

Пример: скрытая теплота фазового перехода.

dQ=l_TdV+C_VdT (1)

2. U=f(p,T) V=const;

dU=(∂U/∂p)_Tdp+(∂U/∂T)_pdT

dQ=(∂U/∂p)_Tdp+(∂U/∂T)_pdT+pdV

dQ=h_Tdp+C_pdT (2)

C_p - теплоемкость при постоянном давлении

h_T – теплота изотермического возрастания давления имеет “ – “.

h_T – то количество теплоты которое нужно отвести от системы при постоянной температуре состава для увеличения Р на ед. в процессе сжатия.

Величины: h_T, C_p, l_T, C_V –коллорические коэффициенты.

Уравнения 1,2 позволяют выразить количество тепла через термодинамические параметры системы, определяются эксперемтальна.

3. Энтальпия.

После интегрирования уравнения:

dQ=dU+pdV

получим:

Q_p=(U₂-U₁)+p(V₂-V₁)=(U₂+pV₂)-(U₁+pV₁)

H=U+pV

Q_p=H₂-H₁=∆H

Энтальпия, как и внутренняя энергия, является функцией состояния зависещай от начального и конечного состояния.

Не возможно определить абсолютное значение энтальпии. Можно определить только изменение энтальпии.

Энтальпия- максимальное количество тепла которое поглощается либо может быть выдел. в термодинамическом процессе при постоянном давлении т.к. энтальпия является полным дифференциалом ее можно связать с термодинамическими параметрами с помощью коллорических коэффициентов.

H=U+pV

dH=dU+pdV+Vdp+dQ+Vdp

dQ=hdp+C_pdT

dH=hdp+C_pdT+Vdp=dp(h+V)+C_pdT

т.к. p=const следовательно dp=0

dH=C_pdT

C_p - теплоемкость при постоянном давлении.

Изменение энтальпии моно определить зная величину теплоемкости, а так же интервал температур данного термодинамического процесса.