ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Первое начало термодинамики из "Общая химия Биофизическая химия изд 4" Первое начало термодинамики представляет собой строгую количественную основу для анализа энергетики различных систем. Для его формулировки необходимо ввести ряд новых понятий, характеризующих систему. [c.12] Одним из важнейших понятий является состояние системы. [c.12] Под состоянием понимают совокупность свойств системы, позволяющих определить систему с точки зрения термодинамики. [c.12] В качестве обобщенной характеристики состояния системы применяют понятия равновесное , стационарное , переходное состояние . [c.12] Состояние системы называется равновесным, если все свойства остаются постоянными в течение как угодно большого промежутка времени и в системе отсутствуют потоки вещества и энергии. [c.12] Если свойства системы постоянны во времени, но имеются потоки вещества и энергии, состояние называется стационарным. [c.12] В качестве поясняющей иллюстрации равновесного и стационарного состояний можно привести гидродинамическую аналогию (рис. 1.2). На рис. 1.2,0 сосуд с двумя закрытыми трубами имеет постоянный равновесный уровень жидкости. Если трубы открыты (рис. 1.2,6), уровень постоянен, но через сосуд проходит поток жидкости. [c.12] Количественно состояния различают с помощью термодинамических переменных. Термодинамические переменные — такие величины, которые характеризуют состояние системы в целом. Их называют еще термодинамическими параметрами системы. Важнейшими термодинамическими переменными являются давление р, температура Г, объем системы V или общая масса системы т, массы химических веществ (компонент) пи, из которых состоит система, или концентрация этих веществ Ск. Следует отметить, что аналогичные характеристики (температура, масса, состав биологических жидкостей, артериальное давление) используются врачом для определения состояния больного. [c.13] Переход системы из одного состояния в другое называется процессом. [c.13] В результате процесса состояние системы и термодинамические переменные изменяются. Эти изменения количественно характеризуются разностью термодинамических переменных в начальном и конечном состояниях, между которыми осуществляется переход в рассматриваемом процессе. Если обозначить значение термодинамической переменной в начальном состоянии через а конечном Х2, изменение этой переменной соответственно равно АХ — Х2 — 1 и называется прираи ением термодинамической переменной X. Приращение, взятое с обратным знаком, называется убылью переменной X. [c.13] В термодинамике для определения изменения энергии системы в тех или иных условиях применяют различные энергетические характеристики, называемые термодинамическими функциями состояния, если они зависят лишь от термодинамических переменных, характеризующих состояние. Внутренняя энергия системы Е — одна из таких функций. Важная особенность функций состояния — их независимость от способа достижения данного состояния системы. [c.13] Все величины в приведенных формулах измеряются в джоулях (Дж). В качестве иллюстрации, дающей представление о применении первого начала термодинамики, удобно рассмотреть связь между теплотой, работой и внутренней энергией при многократном поднятии груза человеком (рис. 1.3). [c.14] Этот простой пример показывает, что на основе 1-го начала термодинамики с помощью несложных расчетов можно получить важные сведения о процессах обмена веществ и энергии в организме. Необходимо отметить, что исходя из наблюдений таких процессов у человека немецкий врач Ю. Р. Майер впервые сформулировал 1-е начало термодинамики (1840). Исходными работами, послужившими основой применения этого закона к химическим реакциям, явились исследования русского ученого Г. И. Гесса (1840), а окончательным его подтверждением стали экспериментальные исследования английского физика Д. Джоуля (1850). [c.15] Первое начало термодинамики относится к числу фундаментальных законов природы, которые не могут быть выведены из каких-то других законов. Его справедливость доказывают многочисленные эксперименты, в частности неудачные попытки построить вечный двигатель первого рода, т. е. такую машину, которая смогла бы как угодно долго совершать работу без подвода энергии извне. Следует помнить также, что первое начало термодинамики является количественным выражением одного из важнейших законов природы и неуничтожимости материи и ее движения. [c.15] Таким образом, измерение приращения энтальпии в некотором процессе может быть осуществлено при проведении этого процесса в калориметре при постоянном давлении. Именно так проводили свои эксперименты А. Лавуазье и П. Лаплас, изучая энергетику метаболизма в живом организме. [c.16] Вернуться к основной статье