Тема №3 Энергетические параметры системы
Вопросы темы
1. Основные энергетические понятия
1.1. внутренняя энергия
1.2. энтальпия
1.3. Теплоемкость
2. Способы передачи энергии в системе: работа и теплота
3. Работа расширения идеальных газов
1.Основные энергетические понятия
1.1.Энергия
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,
кинетическую энергию, обусловленную изменением положения тела в пространстве.
Внутренняя энергия системы – сумма кинетической и потенциальной энергии всех частиц, составляющих систему.
Можно также определить внутреннюю энергию системы как её полную энергию за вычетом кинетической и потенциальной энергии системы как целого.
Термодинамически понятие внутренней энергии строго определяется первым законом термодинамики, Физически же этим терминам обозначается величина, которая характеризует общий запас энергии системы, за исключение потенциальной и кинетический энергий.
Абсолютная величина внутренней энергии любой системы – вещь неопределенная (всегда неизвестно значение Uо при температуре абсолютного ноля.
Однако всегда можно измерить изменение внутренней энергии U, происходящее в системе. Для термодинамических расчетов этого вполне достаточно.
Величина U считается положительной, если в рассматриваемом процессе внутренняя энергия возрастает.
Внутренняя энергия системы является интенсивным параметром состояния, то есть зависящим от количества вещества системы. При одинаковых условиях для данного вещества количество внутренней энергии пропорционально количеству вещества.
1.2. Энтальпия
Другой термодинамической функцией, используемой в термодинамике, является энтальпия Н (от греческого enthalpo – нагреваю).
Величина энтальпии и внутренней энергии связаны соотношением
где P и V – соответственно давление и объем рассматриваемой системы.
Энтальпию иначе называют теплосодержанием системы (термин не эквивалентен «количеству теплоты в веществе»).
Энтальпия, также как и внутренняя энергия, является термодинамической функцией состояния системы, не зависящей от пути перехода системы из одного состояния в другое. Принимается, что Uo=Ho.
При рассмотрении изохорных процессов удобно пользоваться величиной U, при изобарных – H.
Разница между U и H значительна для газообразных систем. Для конденсированных систем это различие не превышает пяти процентов.
Абсолютные значения многих термодинамических функций неизвестны, но изменения величин этих функций при переходе системы из одного состояния в другое могут быть определены. Для проведения сравнительного анализа введено понятие «стандартное состояние», относительно которого затем рассматривается изменение исследуемой функции. К понятиям стандартного состояния относят такие, как стандартная температура, постоянное давление, идеальный газ и др.
Теплоемкостью системы называется отношение количества сообщенной системе теплоты к вызываемому этим повышению температуры.
При бесконечно малом изменении температуры имеют дело с истинной теплоемкостью
Средняя теплоемкость – величина, определяемая некоей конечной величиной изменения температуры
В зависимости от характера процесса различают
изобарную теплоемкость Ср,
изохорную теплоемкость Сv,
выражая их в Джоулях на градус на моль – мольная теплоемкость,
или на грамм – атом – атомная теплоемкость.