Термодинамика теплового расширения

В разд. П, 1 теплоемкость рассматривается с точки зрения феноменологической термодинамики. В разд. П,"1.1 даются обычные определения теплоемкостей Су и Ср соответственно при постоянном объеме и давлении и при постоянном количестве вещества. Эти определения действительны для простых термодинамических систем. Для жидкостей и твердых веществ (а полимеры всегда находятся в конденсированном состояний с экспериментальной точки зрения более удобной величиной является Ср, а с теоретической точки зрения — Су. Поэтому всегда приходится переходить от одной величины к другой. Такой переход возможен на основе уравнения (П. 25а), если известны коэффициент теплового расширения а, коэффициент изотермической сжимаемости и и объем V (или плотность) системы. Если такие данные отсутствуют, то часто используют приближенное уравнение (П. 256) Нернста — Линдемана, которое следует из уравнения (П. 25а). Теплоемкость простых смесей (разд. П, 1.3 и П, 1.4) аддитивно слагается из парциальных мольных теплоемкостей отдельных компонентов. В свою очередь и Ср, зависят от состава смеси и в общем случае отличаются от мольных теплоемкостей Ср и с, чистых веществ. [c.9]

Термодинамика теплового расширения [c.146]

Химическая реакция сопровождается выделением или поглощением тепла. В соответствии с первым законом термодинамики тепловой эффект химической реакции О при постоянном давлении равен изменению внутренней энергии системы ДС/ и работы А, совершаемой системой при изменении ее объема (расширение или сжатие) в результате химической реакции [c.622]

Математическое выражение первого закона термодинамики показывает, что закон этот дает только количественную характеристику одного из свойств тепловой и внутренней энергии системы эквивалентность перехода их в работу и, наоборот, работы в тепловую и внутреннюю энергию. Однако этот закон не выявляет направленности процесса, т. е. не дает качественной характеристики проявления тепловой энергии. Эту вторую сторону важнейшего свойства тепловой энергии — направленность ири переходе ее в работу или в другой вид энергии — устанавливает второй закон термодинамики, на котором мы остановимся ниже (стр. 158). При расчете технологических процессов исключительно большое значение имеют процессы, связанные с расширением или сжатием газа. Если в подобного рода процессах под влиянием внешнего давления Р происходи г изменение объема данной системы от Vi до V2, то работа, совершаемая ею, равна [c.67]

Одномерное деформированное состояние данного конкретного образца резины можно характеризовать однозначно как параметрами Р, L, так и обобщенными р, X, где Я —степень растяжения (относительная длина). Однако деформированное состояние резины однозначно нельзя характеризовать величинами Р и L, из-за влияния на L теплового расширения резины. Поэтому дальнейшее рассмотрение мы будем вести, используя параметры р и X, однозначно описывающие деформированное высокоэластическое состояние резины. В термодинамике газа, как известно, вместо Р и L применяют параметры р и I/. Из этих двух параметров незави--симым является один. [c.114]

Значительный интерес с точки зрения химической термодинамики органических кристаллов представляют не только свойства, определяемые калориметрически, и такие важные величины, как давление пара, но и некоторые другие свойства, рассматриваемые обычно как термофизические. Это — моляльный объем, коэффициенты теплового расширения и сжимаемости, теплопроводность и другие свойства такого рода. Здесь дается общее краткое рассмотрение этой области весьма полезные сведения публикуются в издаваемом в настоящее время сборнике литературных данных по теплопроводности и термодиффузии [742]. [c.53]

Теплофизические свойства и структурные характеристики [91—93] определяют отнощение материала к нагреванию и охлаждению (коэффициенты тепло- и температуропроводности,, удельная теплоемкость и т. п.) и подчиняются законам, термодинамики и теплопередачи. Эти свойства характеризуются изменением объема полимеров при воздействии температурных полей (тепловое расширение и сжатие материалов), термомеханическими и структурными превращениями (агрегатные, физические и фазовые состояния и переходы, например плавление, стеклование и кристаллизация) и другими особенностями поведения полимеров при переработке. [c.189]

Термин неудачный (в тепловых двигателях, например, полезной является работа расширения), однако общепринятый в термодинамике. [c.22]

Обнаруженное тепловое сопротивление нетрудно объяснить с точки зрения термодинамики. В рассмотренном примере имеет место расширение газа в конфузоре, затем подогрев его при пониженном давлении и, наконец, сжатие в диффузоре. Но такой цикл противоположен обычному циклу тепловой машины, в котором подвод тепла идет при повышенном давлении. По этой причине рассматриваемый процесс связан с поглощением, а не выделением энергии. [c.193]

Действие второго закона термодинамики объясняется наличием тепловой функции состояния системы, называемой энтропией 5. Замечательной особенностью энтропии, отличающей ее от других функций состояния, является то, что она характеризует меру беспорядка в микроструктуре системы. Поскольку в естественных условиях конденсированные тела стремятся стать неконденсированными, газы стремятся занять наибольший объем, микрочастицы стремятся рассредоточиться равномерно в объеме занимаемого ими пространства и т. п., т. е. существует тенденция к увеличению беспорядка в микроструктуре тел, то энтропия стремится к возрастанию. Она увеличивается в случае протекания самопроизвольных процессов в замкнутых системах, а также при повышении температуры, расширении, фазовых переходах из кристаллического в жидкое и газообразное состояния, смешении и других подобных изменениях состояния отдельно взятых тел. [c.68]

Более общим случаем являются взаимные переходы теплоты и механической работы при различных способах расширения и сжатия системы. Анализ таких процессов был проведен еще в середине прошлого века в связи с теорией паровых (тепловых) машин. Создание такой теории и привело к открытию первого и второго начал термодинамики. Поэтому основные идеи термодинамики до сих пор иллюстрируют на примерах взаимных переходов теплоты в механическую работу, хотя важнейшие области применения термодинамики уже давно охватывают задачи химии, теории поверхностных явлений, электрофизические явления и многие другие, весьма далекие от теории и практики работы тепловых машин. [c.13]

Основываясь на законах термодинамики, объясните, какой тепловой эффект наблюдается а) при расширении сжатого газа (например, воздуха, выпускаемого из велосипедной шины), б) при возвращении растянутой полоски резины в исходное состояние. [c.321]

Теперь рассмотрим параметры приведения, которые являются основными и принципиально новыми в современной термодинамике растворов полимеров. Параметры приведения введены для цепных молекул впервые Пригожиным [77, 78]. В качестве примера возьмем сферические молекулы (низкомолекулярное вещество) и линейные молекулы, состоящие из связанных между собой сферических сегментов. Внешнее число степеней свободы сферической молекулы равно 3. При связывании сферических молекул в цепочку часть внешних колебаний превращается в малоамплитудные колебания внутри полимерной цепи, что приводит к уменьшению тепловой энергии, идущей на расширение объема. Кроме того, при связывании мономеров в макромолекулу происходит превращение концевых участков мономеров, образующих межмолекуляр-ную поверхность, во внутримолекулярные, что приводит к уменьшению внешних контактов цепной молекулы, приходящихся на один сегмент, а следовательно, к уменьшению общей энергии взаимодействия. [c.80]

Несколько лет тому назад мне удалось сделать ряд термохимических наблюдений над образованием водных растворов НС1 и NH, при сравнительно высоких температурах и, сопоставив полученные результаты с величинами упругости пара, распространить на эти системы некоторые выводы термодинамики. Имея в виду дальнейшее расширение материала, характеризующего тепловые явления в растворах при температурах выше комнатной, я решил подойти к этой задаче с другой стороны, а именно, вместо опытов измерения теплоты образования растворов, определять теплоту разложения, т. е. измерять скрытую теплоту испарения растворов. [c.222]

В термодинамике сумму 17 + РУ обозначают через Н и называют энтальпией. Как видим, энтальпией называется внутренняя энергия системы с прибавлением работы расширения. Тогда тепловой эффект при постоянном давлении будет равен [c.34]

Существует ряд причин, почему второе начало термодинамики относится к числу наиболее трудных для изучения законов физики. Одна из них состоит в том, что второе начало было впервые сформулировано в виде некоторого суждения (постулата) о свойствах тепловых машин, следствием которого явился вывод о существовании новой функции состояния — энтропии 5, которая определяется из уравнения (1,21) и в явлениях теплообмена играет такую же роль, как объем системы V при рассмотрении работы расширения. В качестве такого постулата выступает, например, утверждение невозможно построить периодически действующую машину, работающую за счет переноса теплоты от менее нагретых тел к более нагретым . В отличие от большинства основных законов физики фактическое содержание второго начала — существование функции состояния энтропии 5 — отделено от исходного постулата длинной цепью логических построений, а из самого постулата далеко не ясен его физический смысл. Этим же объясняется то, что можно привести ряд внешне совсем не схожих утверждений, которые с равным ос- [c.20]

Дальнейшее усовершенствование двигателей внутреннего сгорания в значительной мере определяется расширением наших возможностей управления рабочим процессом и углублением знаний о законах превращения химической энергии в тепло и тепла в механическую работу. Изучение законов перехода тепла в механическую работу составляет, как известно, предмет теории теплового процесса двигателей и опирается на систему хорошо разработанных методов технической термодинамики. Инженерные методы расчета теплового процесса двигателей значительно усовершенствованы за последние два десятилетия, благодаря успехам химической термодинамики и использованию более точных данных о теплоемкостях и диссоциации при высоких температурах. Но точный расчет теплового процесса современного двигателя невозможен без учета воздействия на этот процесс протекания сгорания. Между тем по этому вопросу очень мало теоретических работ, а главное, мало экспериментальных данных, значение которых особенно велико ввиду сложности явления. [c.3]

Если процесс ведется в условиях получения наибольшей теплоты при постоянном давлении, то остается неизбежная работа расширения Лтг =рДт/. Наибольшая теплота, получаемая при рассматриваемых здесь процессах, называется их тепловым. эффектом. В химии принято считать тепловые эффекты экзотермических реакций, сопровождающихся выделением теплоты, положительными, а эндотермических реакций (поглощение теплоты)— отрицательными. Наоборот, принятая в этой книге и обычная в термодинамике система знаков предполагает положительные значения для поглощенной теплоты д. и обратно. Для того чтобы согласовать обе системы знаков, целесообразно обозначать тепловые эффекты буквой Q и положить Q=—д, что и будет делаться в дальнейшем. Таким образом, для экзотермических реакций д < 0) величина Q положительна, а для эндотермических ( >0) она отрицательна. [c.252]

Таким образом, проблема тепловой смерти есть мнимая проблема, возникшая в результате необоснованного и произвольного расширения рамок применимости второго начала термодинамики. [c.420]

Уравнение теплового баланса реактора — это дифференциальное уравнение, определяющее скорость накопления энергии в ре-акторе. Чтобы составить это уравнение, надо сформулировать 1-й закон термодинамики для процессов, происходящих в реакторе. В том случае, когда реактор представляет собой открытую систему, обычное выражение 1-го закона термодинамики следует допол нить членами, соответствующими энергии, вносимой в реактор или уносимой из него потоком вещества (см., например [22, с. 16]). Допущение о неизменности объема, уже использованное при сос-тавлении уравнения материального баланса, избавляет об необходимости учитывать работу расширения (или сжатия) реагирующей смеси. [c.19]

Соотношения (2.23) можно, как будет показано в 2 гл. IV, вывести из основного уравнения идеального газа и второго закона термодинамики. Однако первоначально они были установлены на основании опытов Гей-Люссака и Джоуля. Примерная схема опыта Джоуля (1843) приведена на рис. 15. Два соединенных тр убкой с краном медных сосуда погружены в ванну с водой. В один сосуд накачивали воздух до 20 атм, а в другом создавали вакуум. Когда вся система приходила в тепловое равновесие и устанавливалась определенная температура, открывали кран и воздух, расширяясь, заполнял оба сосуда. При этом не наблюдалось изменения температуры воды, т. е. сосуды не выделяли и не поглощали теплоту в окружающую среду, т. е. С = 0. Так как далее расширение газа происходило без совершения работы — расширение в вакуум, без преодоления внешней силы, то и Г = 0. Следовательно, согласно первому закону (2.16), т. е. Q =ли + изменение внутренней энергии Д 7 = 0. Отсюда и был сделан вывод о независимости внутренней энергии газа от объема и давления. Правда, более точные [c.39]

Тепловой эффект равен сумме выделяемой теплоты и работы, совершаемой системой, за вычетом работы против внешнего давления (работы расширения). При этом все величины должны быть выражены в одинаковых единицах . Процессы в химии, при которых теплота выделяется, называются экзотермическими, а процессы, при которых теплота поглощается — эндотермическими. Тепловые эффекты экзотермических реакций в химии принято считать положительными, а эндотермических реакций — отрицательными. В термодинамике, наоборот, положительные значения принимаются для тепла, поглощаемого системой. С целью согласовать систему знаков будем тепловой эффект процесса обозначать через С и полагать [c.85]

Первое начало открывает возможность оценить тепловые эффекты различных химических превращений, которые по тем или иным причинам затруднительно исследовать непосредственно. Чтобы вопрос был ясен, напишем снова уравнение первого начала термодинамики, предполагая, что единственным видом работы является работа расширения [c.124]

Второе начало термодинамики. Направление естественных процессов. Второе начало термодинамики является результатом обобщения большого числа наблюдений н представляет собой один из фундаментальных законов природы. В формулировке, предложенной М. Планком и Кельвином (В. Томсон), второе начало утверждает, что невозможно построить периодически действующую машину, вся деятельность которой сводилась бы к поднятию некоторого груза и соответствующему охлаждению теплового резервуара. Р. Клаузиус предложил другую формулировку переход теплоты от холодного тела к более теплому не может происходить без компенсации. Компенсация означает, что для переноса теплоты от холодного тела к горячему в циклическом процессе нужно дополнительно затратить некоторую работу, переходящую в конечном счете в теплоту и поглощаемую нагретым телом. Если процесс нециклический, то компенсация означает изменение термодинамического состояния рабочего тела. Так, например, газ может производить работу расширения за счет поглощения теплоты, и в квазистатическом процессе вся теплота превратится в работу. Однако термодинамическое состояние газа в конце процесса будет отличаться от исходного. [c.38]

Если объем нашей системы может меняться, мы придем к еще более общему положению, выражающему собой первое начало термодинамики поглощаемое системой тепло расходуется и на увеличение внутренней, энергии и на совершение внешней работы (работа расширения). Считая, что обе части равенства выражены в одних и тех же единицах, например в тепловых, имеем [c.56]

Теплота процесса (реакции) или тепловой эффект процесса - энергия выделяемая или поглощаемая средой при протекании в ней рассматриваемого процесса (реакции) в условиях, когда в данной среде не совершается никакой работы, кроме работы расширения, а температура остается постоянной. При постоянном объеме теплота процесса равна изменению внутренней энергии системы, при постоянном давлении - изменению энтальпии (см. главу Тд Термодинамика газа и плазмы ). [c.13]

Показать, что в соответствии с третьим законом термодинамики коэффициент теплового расширения (1/F) dV dT)p и коэффициент др1дТ)у стремятся к нулю при Г -v 0. [c.173]

Цикл Карно на рис. 2.2 изображает рабочий процесс идеальной тепловой машины, работающей в заданном интервале температур. Стрелки показывают направление процесса для теплового насоса. Тепло изотермически подводится при температуре Ть и изотермически отводится при температуре Тн- Сжатие и расширение производятся при постоянной энтропии, а работа подводится от внешнего двигателя. Используя определение энтропии и законы термодинамики, можно показать, что коэффициент преобразования для цикла Карно имеет вид [c.17]

В соответствии с первым законом термодинамики тепловой эффект химической реакции при постоянном давлении Qp равен изменению внутренней энергии системы AU плюс работа Л, соверщае-мая системой нри изменении ее объема (расширение пли сжатие) в результате химической реакцип [c.586]

Далее, в то время как обычные упругие тела, например металлы, при адиабатической деформации охлаждаются, вы-сокоэластические тела — нагреваются. Эта аномалия связана однозначно, как известно из термодинамики , с аномалией коэффициента линейного теплового расширения, который действительно в случае растянутых высокоэластичных тел имеет отрицательное значение. [c.57]

Приложение напряжения к упругому материалу сопровождается обратимым изменением его температуры и соответствующими тепловыми эффектами. Изложение термодинамики упругих явлений в твердых телах целесо9бразно начать с рассмотрения термоупругости стержней. Уравнением состояния стержня является соотношение вида /=/(/, Т). Это уравнение, объединяющее зависимость длины стержня I от температуры Т (тепловое расширение) и от растягивающей силы f (закон Гука) в области упругих (обратимых) деформаций в достаточно широком интервале температур, дале- [c.153]

Полученные на основе теории кривые зависимости параметра порядка, коэффициента теплового расширения, удельной теплоемкости и коэффициента изотермической сжимаемости представлены на рис. 2.1.8—2.1.11. Как видно, они вполне хорошо передают экспериментально наблюдаемые тенденции изменения свойств нематической фазы. Таким образом, хотя не следует ожидать, что простую модель подобного типа можно в точности применить к любому конкретному веществу, она достаточно пригодна для выделения эффектов ориентационной разупорядоченности в термодинамике процесса плавления. [c.33]

Уравнение первого закона термодинамики (2.15) является уравнением энергии в тепловой форме, в котором при расчетах центробежных компрессоров обычно принимают / ар = О, т. е. считают процессы, происходящие в компрессоре, адиабатноизолированными от окружающей среды [431. Уравнение (2.8) обобщенного политропного процесса связывает основные параметры реального газа при сжатии или расширении. [c.59]

Из уравнения Клапейрона—Менделеева и выражеппя работы, как произведения рУ, следует, что величина Я есть работа расширения моля идеального газа при нагревании на 1К при постоянном давлении. Отсюда следует, что из уравнения (1.20) можно вычислить механический эквивалент тепла, приравняв разность теплоемкостей Ср и Су, выраженную в тепловых единицах, к работе расширения газа в механических единицах. Например, разность Ср—Су=Н, вырал<енная в калориях, есть 1,987 кал/ /(моль-К), а в джоулях она равна 8,314. Отсюда калория эквивалентна 8,314/1,987 = 4,184 Дж. Подобный расчет впервые был сделан в 1842 г. одним из основателей первого закона термодинамики Р. Майером. [c.23]

Атомная теория Дальтона, молекулярная теория Авогадро и все более широкое применение в химии математики в первую очередь способствовали этому переходу. Возникновение теории электролитической диссоциации Аррениуса (1887) ознаменовало, по словам Джонса новую эру в химии. Применение в химии принципов термодинамики и теории фаз Гиббса для гетерогенных равновесий (которая, кроме других заслуг, имеет еще и ту, что она способствовала развитию современной металлографии), расширение теории химического сродства и разработка третьего лачала термодинамики, или тепловой теоремы Нернста,—все эти завоевания науки формировали новое лицо химии. [c.13]

Мы получили две формы фундаментального уравнения Гельмгольца, которое обычно кладут в основу учения о химическом равновесии и которое является наиболее сжатым математическим выражением обоих начал термодинамики в применении к обратимым процессам. В нем А означает максимальную работу процесса за вычетом работы расширения и Q — его тепловой эффект, оба при i = onst или при /7 — oHst, смотря ПО условиям течения процесса. В дальнейшем мы будем для простоты отбрасывать индексы и писать [c.107]

Закон Гесса был открыт раньше первого закона термодинамики, однако он вытекает из этого последнего закона. В соответствии с первым законом термодинамйки изменение внутренней энергии системы в результате химической реакции не зависит от пути, по которому идет реакция. Для реакций, идущих при постоянном объеме, работа равна нулю и Ш = д. Поскольку ЬХ1 не зависит от пути реакции, q в этом случае также не зависит от него. Следовательно, тепловой эффект реакции не зависит от пути перехода из начального состояния в конечное при условии, что реакция ведется при постоянном объеме. В том случае, когда реакция протекает при постоянном давлении, уменьшение внутренней энергии системы равно теплоте реакции плюс работа расширения, т. е. Д / = q А. Если различные пути проведения реакции осуществляются при одном и том же давлении, то работа расширения, которая равна произведению давления на увеличение объема системы, во всех случаях одинакова, т. е. не зависит от пути реакции. Поскольку и. 4 не зависят от пути реакции, ц также не зависит от него. Отсюда вытекает вывод тепловой эффект реакции, идущей при постоянном давлении, не зависит от пути проведения реакции. [c.47]