Студопедия
Случайная страница | ТОМ-1 | ТОМ-2 | ТОМ-3
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

Обчислення теплоємності

Читайте также:
  1. Вплив теплоємності.
  2. ОБЧИСЛЕННЯ
  3. Обчислення теплового ефекту

 

Теплоємність є основною енергетичною властивістю речовини, яка залежить від будови речовини і температури навколишнього середовища. При збільшенні температури збільшується теплоємність.

У термодинаміці використовують поняття істинної теплоємності. Істинна теплоємність — нескінченно мала кількість теплоти, яку потрібно підвести до тіла, щоб нагріти його на нескінченно малу температуру

 

. (6.39)

 

В залежності від кількості речовини розрізняють слідуючи види теплоємності:

а) атомна теплоємність, кал×г-атом-1×°С-1;

б) молекулярна теплоємність, кал×моль-1×°С-1.

Також розрізняють теплоємність при р=const (cp) і теплоємність при V=const (cV). Причому cp> cV, так як при р=const зовнішня енергія іде на нагрів тіла і на виконання роботи.

Для ідеальних газів

 

. (6.40)

 

Для реальних газів

 

. (6.41)

 

Величина мала, тому в розрахунках, де не потрібна висока точність, нею нехтують.

Залежність теплоємності від температури записується у вигляді степеневого ряду

 

. (6.42)

 

У термодинаміці обмежуються використанням частини цього ряду

 

. (6.43)

 

Для реальних процесів важливо знати зміну теплоємності

 

, (6.44)

 

де n — коефіцієнти членів хімічного рівняння.

 

Наприклад,

 

.

 

Відповідні значення ср вибираються з таблиць.

 

6.7 Другий закон термодинаміки

 

Другий закон термодинаміки вирішує питання про напрямок природних процесів, що протікають довільно, і стверджує, що вони приводять систему в більш рівноважний стан.

Другий закон термодинаміки встановлює напрямок природних процесів, що протікають довільно, і може бути сформульований у вигляді:

1. Неможливо побудувати періодично діючу машину, яка б виробляла роботу і охолоджувала резервуар теплоти.

2. В роботу можливо перетворити лише ту частину теплоти, яка довільно переходить від нагрітого тіла до холодного.

3. Теплота довільно не може переходити від холодного тіла до нагрітого.

З другого закону термодинаміки випливає, що неможливо

 

побудувати вічний двигун другого роду, тобто машину, яка б виробляла теплоту тільки за рахунок зниження температури навколишнього середовища.

Неможливо перетворити всю теплоту в корисну роботу. Другий закон термодинаміки визначає умову при якій це перетворення буде найбільш повним.

Функції другого закону термодинаміки:

— ентропія;

— вільна енергія, при постійному об’ємі або ізохорно–ізотермічний потенціал;

— ізобарно–ізотермічний потенціал.

 

6.7.1 Ентропія

 

Поняття ентропії введене Клаузіусом. Ентропія однозначно залежить від параметрів стану. Суть ентропії у наступному. Нехай система переходить з стану 1 в стан 2 двома різними шляхами (рисунок 6.2).

 

Рисунок 6.2 — Схема переходу системи з положення 1 в положення 2

 



На кожній елементарній ділянці шляху приймається, що Т=const. Кожна така ділянка поглинає кількість теплоти .

Якщо просумувати теплоти поділені на відповідні температури на переході системи з стану 1 в стан 2 за обома шляхами, то виявиться, що ці суми рівні. Взявши інтеграл по колу від цієї величини з’ясується, що він дорівнює нулю.

 

. (6.45)

 

Підінтегральну величину можна замінити повним диференціалом іншої функції від тих же параметрів стану.

. (6.46)

 

. (6.47)

 

З останнього виразу випливає, що в обернених термодинамічних процесах зміна ентропії дорівнює нулю. В не обернених процесах, що протікають довільно, по мірі розвитку процесів ентропія зростає

(S >0) і в стані рівноваги ентропія приймає максимальне значення

(S = Smax).

З цього слідує, що ентропія є мірою незворотності процесу чи кількісною мірою розсіяної, безкорисно використаної енергії. Розмірність ентропії кал×моль-1×гр-1. Ентропія характеризує кількість розсіяної енергії, віднесеної до одного градусу температури.

Для стандартних умов в діапазоні 0–298 К ентропія визначається за формулою (6.48)

Загрузка...

 

. (6.48)

 

Вираз (6.48) справедливий, якщо в цьому інтервалі температур не відбуваються фазові чи полиморфні перетворення.

Значення ентропії для температур більше 298 К визначається виразом (6.49)

 

. (6.49)

 

До цього виразу зауваження теж саме. Якщо відбуваються полиморфні чи фазові перетворення, в записані вище вирази вносяться ентропії відповідних перетворень, які беруться з таблиць.

Термодинамічна функція ентропії використовується в тих випадках, коли маємо справу з ізольованими системами, тобто системами, для яких відсутній обмін енергії з зовнішнім середовищем (U=const, V=const).

 

6.7.2 Ізохорний потенціал

 

Для процесів у яких об’єм і температура постійні (T=const, V=const) використання термодинамічної функції ентропії незручне. В цьому випадку використовується функція F, яка введена Гельмгольцем. F має назву вільної енергії при постійному об’ємі, чи ізохорно–ізотермічного потенціалу, чи просто ізохорного потенціалу

 

. (6.50)

 

 

Згідно першого закону термодинаміки справедливий вираз (6.51).

 

, (6.51)

 

де — елементарна робота.

 

. (6.52)

 

З другого закону термодинаміки

 

. (6.53)

 

Тоді

. (6.54)

 

Взявши інтеграл з виразу (6.54) при умові, що T=const, отримаємо

 

. (6.55)

 

Позначимо

, (6.56)

 

. (6.57)

 

При ізотермічних зворотних процесах робота, що виконується, максимальна

, (6.58)

 

, (6.59)

 

де — та частина внутрішньої енергії, яка може бути повністю перетворена в роботу (називається корисною роботою).

 

Та частина внутрішньої енергії, яка не пішла на виконання роботи, називається зв’язаною енергією.

У зворотному термодинамічному процесі при T=const, V=const зміна вільної енергії дорівнює нулю ( =0). Вільна енергія не змінюється. В не обернених термодинамічних процесах, що протікають довільно, по мірі розвитку процесів вільна енергія зменшується, залишаючись меншою нуля, тобто від’ємною величиною.

В стані рівноваги системи вільна енергія наближається до мінімуму своєї величини (F = Fmіn).

 

6.7.3 Ізобарний потенціал

 

Хімічні процеси при дуговому зварюванні найбільше задовольняють умовам T=const, р=const.

Для описання таких процесів Гіббсом була введена функція термодинамічного стану (G), яка має назву ізобарно–ізотермічного потенціалу, чи ізобарного потенціалу

 

. (6.60)

 

Як ентальпія, відрізняється від внутрішньої енергії на величину рV, так і ізобарний потенціал відрізняється від F на величину рV.

Звідси

 

, (6.61)

 

де — повна робота, яка дорівнює сумі корисної роботи та

роботи на розширення чи стиск.

 

Так як і ізохорний потенціал, ізобарний потенціал в зворотних процесах не змінюється, тобто DG=0, а в не обернених процесах, що протікають довільно, прямує до мінімальних значень, залишаючись менше нуля. В стані рівноваги він приймає своє мінімальне значення (G=Gmіn).

 

6.7.4 Обчислення зміни ізохорного та ізобарного

потенціалів

 

Для стандартних умов при постійному об’ємі (V=const)

 

. (6.62)

 

При р=const

 

. (6.63)

 

і дорівнюють нулю для елементів. Для хімічних сполук вони приведені в таблицях.

 

Для хімічних реакцій

 

, (6.64)

 

. (6.65)

 

Наприклад, для хімічної реакції

 

.

.

 

Якщо Т > 298 К, зміна потенціалів визначається за виразами (6.66) та (6.67)

 

, (6.66)

. (6.67)

 


Дата добавления: 2015-07-08; просмотров: 102 | Нарушение авторских прав


Читайте в этой же книге: Приклади інших способів зварювання. | Перший закон термодинаміки | Термодинамічні процеси | Хімічна спорідненість | Рівноваги | Елементи електрохімії | Основи теорії теплопровідності | Розрахунок нагріву метала дугою | Вплив теплоємності. | Нагрів та розплавлення основного метала |
<== предыдущая страница | следующая страница ==>
Обчислення теплового ефекту| Хімічні потенціали

mybiblioteka.su - 2015-2017 год. (0.02 сек.)