Понятие об энергии, работе и теплоте

Из приведенного примера следует, что работа является одной из форм передачи энергии от системы к окружающей среде и наоборот, т. е. величина работы есть количественная характеристика переданной энергии. Работа, как и теплота, связана с процессом и не является свойством системы, т. е. функцией состояния. Величина работы зависит от пути процесса. Бесконечно малое количество работы (элементарная работа) б 1/ не является полным дифференциалом. Значение работы, как и теплоты, выражают в джоулях. Наряду со сходными свойствами теплоты и работы между этими понятиями имеется существенное различие. [c.21]

Теплота и работа. Основным неотъемлемым свойством материи является движение, без которого немыслимо само понятие материи. Мерой движения служит энергия, которая в зависимости от вида движения принимает различные формы. Взаимодействие тел проявляется в обмене движением, т. е. энергией. Наиболее важные для химии формы обмена энергией между телами—теплота и работа. [c.39]

Формулировки первого закона термодинамики. Внутренняя энергия и энтальпия. В 1840—1849 гг. Джоуль впервые с помощью разнообразных и точных опытов установил эквивалентность механической работы и теплоты AIQ = J, где J — механический эквивалент теплоты — постоянная, не зависящая от способа и вида устройств для превращения работы А в теплоту Q . В дальнейшем было доказано постоянство отношений других видов работы к теплоте, введено обобщающее понятие энергии и сформулирован закон сохранения и эквивалентности энергии при всевозможных взаимных превращениях различных видов энергии переход одного вида энергии в другой совершается в строго эквивалентных количествах в изолированной системе сумма энергий есть величина постоянная. Первый закон термодинамики является законом сохранения энергии в применении к процессам, которые сопровождаются выделением, поглощением или преобразованием теплоты в работу. В химической термодинамике действие 1-го закона распространяется на ту универсальную форму энергии, которая называется внутренней энергией. [c.73]

Понятие энергии столь же трудно определить, как и понятие материи. Энергия необходима для совершения работы или нагревания того или иного объекта. Камень на вершине горы обладает потенциальной энергией. В процессе падения камня к подножию горы потенциальная энергия превращается в кинетическую энергию его двил<ения. Если камень падает в озеро и замедляет свое движение в результате трения о воду при опускании на дно, часть его кинетической энергии преобразуется в теплоту, которая затем повышает температуру камня и воды. Кроме того, часть кинетической энергии камня передается воде, свидетельством чему являются волны, расходящиеся кругами от места падения камня. [c.20]

Основной материал первых шести глав перестроен и преподносится в более логической и легче усвояемой последовательности. Хотя эти главы формально не отделены от остальной части книги, в действительности они составляют единый учебный цикл, где вводятся качественные представления химии об атомах и молях, стехиометрии, теплоте реакций, газовых законах и молекулярно-кинетической теории, химическом равновесии и кислотно-основном равновесии. Эти главы были вновь продуманы и переписаны одним из авторов как единое целое, с включением большего числа примеров и упражнений, которые даются в конце каждой главы. Представление о моле, правила составления химических уравнений и общие представления о стехиометрии теперь вводятся в первых двух главах, что позволяет студентам своевременно подготовиться к проведению лабораторных работ. В то же время стехиометрия, которая может показаться одним из скучнейших разделов химии, а также понятие о теплоте реакций представлены как иллюстрации к одному из важнейших физических принципов-закону сохранения массы и энергии. Длинная, но важная глава [c.9]

Для понимания химических явлений очень важны такие количественные характеристики, как температура, работа, внутренняя энергия и теплота. В данной главе будут рассмотрены все эти величины, а также связь между теплотой и работой как формами энергии. В начале главы обсуждается научное понятие температуры. Принцип, на котором основывается определение температуры, найден лишь после установления первого и второго законов термодинамики, и поэтому его называют нулевым законом. [c.13]

Первые работы Дж. Гильдебранда связаны с обоснованием закономерностей идеальных растворов. Им показано, что если при образовании раствора теплота растворения кристаллов соответствует скрытой теплоте плавления и растворы образуются без изменения суммы объемов, растворы следуют закону Рауля [61]. Рассматривая механизм внутримолекулярного взаимодействия в растворе, Дж. Гильдебранд ввел понятие о внутреннем давлении. Жидкости с равными внутренними давлениями образуют идеальный раствор. Жидкости с близкими внутренними давлениями и близкой полярностью взаимно растворимы в широком диапазоне концентраций. Для оценки энергии связи сил межмолекулярного взаимодействия им использованы величины скрытой теплоты испарения. Растворы с дисперсионными силами взаимодействия, у которых теплоты, смешения имеют низкие значения, а изменение энтропии происходит по закону идеальных газов, были выделены в отдельный класс, полу- [c.213]

Параллельно с калориметрическими измерениями и теорией теплорода развивалась механика, основанная на трех законах движения, открытых И. Ньютоном в 1687 г. Возникли понятия живой силы (кинетической энергии), потенциальной энергии, работы. Все эти параметры измерялись в килограммометрах 1 кгм равен работе, затрачиваемой на подъем 1 кг массы на высоту 1 м. Было замечено, что кинетическая энергия может переходить в потенциальную, передаваться от одного тела к другому, даже переходить в другие виды энергии, например в электрическую. Но наиболее внимательные исследователи замечали, что, как правило, при этих переходах часть энергии теряется, а тела нагреваются. На вопрос, откуда же в этих случаях появляется новый теплород, теория теплорода ответить не могла, как не могла объяснить и обратные переходы теплоты в работу. Между тем, в первой половине XIX в. широкое распространение получили паровые машины, основанные на таких переходах. [c.310]

Теплота и работа являются двумя единственно возможными формами перехода энергии от одного тела к другому. Оба понятия — и работу, и тепло — мы должны связывать не с каким-то запасом , но с процессом. Когда мы говорим о работе, мы представляем себе процесс перемещения точек приложения сил. Энергии тела, производящего работу, переходит к телу, на которое работа затрачивается. Аналогично, когда мы говорим о теплоте, мы всегда должны мыслить два тела одно, которое отдает энергию в форме тепла, и другое, которое получает энергию в форме тепла. [c.40]

Надо прежде всего провести грань раздела между понятием виды энергии , с одной стороны, и более родственными друг другу понятиями теплота и работа — с другой. Любой вид энергии является однозначной функцией состояния тела. Энергия не зависит от пути перехода тела из одного состояния в другое. Говорить о каких-то таких видах энергии, для которых существует зависимость от пути перехода ( тепловая энергия ),— это бессмыслица и с физической и с математической точек зрения. Известно, что раб(3<га и теплота в высокой мере зависят от пути процесса. Зависимость от пути процесса не есть второстепенное свойство работы и тепла напротив,, это их основное неотъемлемое свойство. Благодаря ему мысль о работу и тепле должна быть ассоциирована с представлением о процессе, сущность которого заключается в передаче энергии. Работа и теплота представляют собой две, с точки зрения термодинамики, единственно возможные формы передачи ергии от одного тела к другому. [c.51]

Хотя в ряду двигателей — от автомобиля до космической ракеты — мы сталкиваемся с глубокими различиями в масштабах мощности (от десятков и сотен до миллионов лошадиных сил) и соответственно с различиями в принципах конструкции двигателей и в условиях процесса сгорания, общим для всех двигателей является само их назначение. Все они — машины, непосредственно превращающие теплоту сгорания топлива в механическую энергию работу движения поршня или кинетическую энергию истечения струи продуктов сгорания из ракетного сопла. Получаемый ири этом полезный эффект зависит прежде всего от управления процессом сгорания, от наших возможностей повысить его скорость, интенсифицировать процесс. Наше изложение поэтому надо начать с объяснения понятия сгорание . [c.129]

Приведенные понятия опираются на представления о молекулярной структуре вещества, что соответствует современным взглядам. Однако эти определения не являются термодинамическими, так как классическая термодинамика не использует каких-либо сведений о строении вещества и вводит иные, формальные понятия теплоты, работы и внутренней энергии. С ними мы познакомимся в дальнейшем. [c.61]

ПОНЯТИЕ ОБ ЭНЕРГИИ, РАБОТЕ И ТЕПЛОТЕ [c.12]

Понятие о внутренней энергии. Зависимость, выраженная уравнением (1), строго действительна только тогда, когда рабочее вещество или система, с которой мы экспериментируем, проходит через полный цикл изменений, т. е. возвращается в свое исходное состояние. При рассмотрении таких процессов, как испарение жидкости, химическая реакция или сжатие газа, не существует простой, общей для всех процессов, зависимости между теплотой и работой. Поскольку теплота и работа являются внешними эффектами, получающимися вследствие изменений внутри системы, и поскольку эти эффекты должны считаться возникающими из уже существующих действий или, другими словами, должны иметь причину, то следует ввести понятие энергии. Теплоту и работу следует считать формами энергии и в более узком термодинамическом смысле — внешним выражением накопленной энергии . [c.86]

Понятие работы является одним из основных термодинамических понятий. Работа рассматривается в термодинамике как одна из форм передачи энергии от одной системы к другой (другой формой передачи энергии является теплота). [c.44]

Первый закон термодинамики. Непосредственно измерять можно только теплоту и работу но оказывается очень полезным ввести понятие энергии, которое включает и внутреннюю энергию вещества, и теплоту, и работу. Внутренняя энергия вещества зависит только от его состояния, т. е. его температуры, давления, кристаллической формы и т. д. Если над изолированным телом производится работа, то его внутренняя энергия изменяется на величину, равную произведенной работе. Такое же изменение температуры тела может быть вызвано сообщением ему теплоты, передаваемой путем контакта с более нагретым телом. Открытое Джоулем постоянство отношений количеств различного типа работ, независимо от способа их превращения друг в друга, находится в соответствии с невозможностью создать вечный двигатель. [c.49]

В термодинамике изучаются законы взаимных превращений различных видов энергии при химических и физических процессах, связанных с переходами энергии между телами в форме теплоты и работы. Так как понятия теплоты и работы имеют смысл только для тел, состоящих из множества молекул, термодинамика рассматривает не поведение и свойства отдельных молекул, а так называемые макроскопические системы, т. е. тела из большого числа молекул. [c.77]

На основе исследований Р. Майера (1842), Д. Джоуля (1843) и Г. Гельмгольца (1847 г.) была установлена эквивалентность теплоты и различных видов работ, что позволило сформулировать 1-й закон термодинамики. Этому же способствовал закон Г. И. Гесса о тепловых эффектах химических процессов (1738 г.). В 1850 г. Р. Клаузиус обосновал существование внутренней энергии и независимо от В. Томсона (1848 г.) сформулировал 2-ой закон термодинамики. В. Томсон (лорд Кельвин) вводит понятие абсолютной температуры, а Клаузиус на основе [c.14]

Определения теплоты и работы показывают, что эти понятия в термодинамике применимы только к процессам, но не к состояниям систем. Поэтому упрощенные выражения типа система отдает работу (или теплоту) носят условный характер более строго следовало бы говорить система отдает энергию в форме работы (или в форме теплоты) . [c.22]

Как уже отмечалось, основными способами передачи энергии от одной части системы к другой являются теплота и работа. Определения теплоты и работы показывают, что эти понятия в термодинамике применимы только к процессам, но не к состояниям системы. Поэтому упрощенные выражения типа система отдает работу (или теплоту) носят условный характер более строго следовало бы говорить система отдает энергию в форме работы (или в форме теплоты) . Следует подчеркнуть, что термодинамическое понятие теплоты не отвечает обиходным представлениям о горячих и холодных телах как содержащих больше или меньше теплоты . [c.51]

X. т. использует понятия о типах термодинамич. систем (см. Гетерогенная система. Гомогенная система. Закрытая система, Изолированная система, Открытая система), параметрах состояния (см. Давление, Температура, Химический потенциал), термодинамич. ф-циях и термодинамических потенциалах (см., напр., Внутренняя энергия. Энтропия). В основе Х.т. лежат законы (начала) общей термодинамики. Первое начало термодинамики - закон сохранения энергаи дая термодинамич. системы, согласно к-рому работа может совершаться только за счет теплоты или к.-л. др. формы энергии. Оно является основой термохимии, изучения теплоемкостей в-в, тепловых эффектов реакций и физ.-хим процессов. Гесса закон позволяет определять тепловые эффекты расчетным путем, если известны теплоты образования каждого из в-в, участвующих в р-ции, или теплоты сгорания (для орг. соед.). Совр. термодинамич. справочники содержат данные о теплотах образования или теплотах сгорания неск. тысяч в-в, гто позволяет рассчитывать тепловые эффекты десятков тысяч хим. р-ций. Первое начало лежит в основе Кирхгофа уравнения, к-рое выражает зависимость теплового эффекта р-ции или физ.-хим. процесса ст т-ры и дает возможность рассчитать тепловой эффект процесса при любой т-ре, если известны теплоемкости в-в, участвующих в р-ции, и тепловой эффект при к.-л. одной т-ре. [c.236]

Проведенный анализ понятий теплота и работа позволяет сделать вывод, что в некотором отношении эти две формы обмена энергией неравноценны. В самом деле, легко себе представить и осуществить реальный процесс перехода системы из одного состояния в другое, при котором не совершается никакой работы, другими словами, процесс, при котором система обменивается энергией с окружающей средой только через молекулярное движение, т. е. в форме теплоты. Для этого достаточно, например, окружить систему, заключенную в жесткую оболочку, средой с более высокой температурой, т. е. с более интенсивным тепловым движением молекул. [c.12]

Имея в виду однозначность значения энергии системы по отношению к нулевому состоянию, можно говорить о запасе или о содержании энергии в системе. В связи с этим необходимо остановиться на понятиях работа и теплота — величинах, имеющих размерность энергии, но ей далеко не равнозначных. Первая, т. е. работа (механическая работа — например, поднятие тяжести или сжатие пружины), является, как уже говорилось, наиболее ясной мерой энергии, но можно ли говорить о работе как о запасенной системой величине, т. е. как о свойстве системы Нет, так как, говоря о работе, всегда имеется в виду процесс, при котором одна система совершает работу над другой системой (например газ, расширяясь в цилиндре с поршнем, может сжимать пружину и таким образом передавать ей часть своей [c.24]

В отличие от внутренней энергии понятия теплоты и работы относятся не к системе, а к процессам. Это видно хотя бы из того, что могут быть процессы и без работы , и без тепла . Тепло и работа проявляются только при протекании процессов, т. е. при изменениях состояния они являются лишь формами передачи энергии, а не самой энергией. Именно поэтому не имеет смысла говорить о запасе тепла или о запасе работы . Вместе с тем правильным будет, например, утверждение, что тело при данном процессе совершило определенную работу или получило определенное количество тепла. [c.15]

Оствальд определил термохимию как учение о превращении химической энергии в тепловую энергию . Однако это определение не выдерживает критики, так как в настоящее время стало очевидным, что понятие химическая энергия соверщенно неопределенно, а теплота вовсе не является формой существования энергии, но наряду с работой представляет собой способ передачи энергии от одних тел к другим и проявляется только Б процессах этой передачи. [c.4]

Термодинамика как научная дисциплина сложилась в начале XIX в. на основании данных по изучению перехода теплоты в механическую работу (с греческого Легте и dynamis — теплота и движение). В настоящее время термодинамика как одна из дисциплин с наиболее общим подходом в характеристике физико-химических явлений, устанавливает взаимосвязь между различными видами энергии, изучает возможность, направленность и пределы самопроизвольно текущих процессов. Раздел этой науки, изучающий химические реакции, фазовые переходы (кристаллизация, растворение, испарение), адсорбцию, взаимосвязь химической и других видов энергии, а также переход энергии от одной части системы к другой в различных химических процессах называется химической термодинамикой. Изучение происходящих в природе явлений с позиций термодинамики не требует знания причин и механизмов идущих процессов, представлений о строении вещества и т. п. Теоретическо базой этого раздела физической химии являются основные законы — первое и второе начало термодинамики. Первое начало, характеризующее общий запас энергии в изолированной системе, носит всеобщий характер и является отражением закона сохранения энергии второй закон термодинамики устанавливает понятие энтропии и выполняется при определенных ограничениях. В настоящей главе представляется возможным только кратко остановиться на основных положениях. [c.10]

Для рассмотрения понятия энтропии и ее свойств необходимо разобрать процесс перехода теплоты в работу. Работа, как и другие виды энергии, может полностью переходить в теплоту. Противоположный процесс с количественных позиций был рассмотрен в начале XIX в. С. Карно. При допущении идеальных условий перехода теплоты в работу можно математически показать, что коэффициент полезного действия (к. п. д. — т)) воображаемой тепловой машины определяется соотношением [c.14]

При изложении основных положений термодинамики пользуются определенными понятиями. Всякий материальный объект, состоящий из большого числа частиц (молекул, атомов, ионов), условно отделяемый от окружающей среды, является термодинамической системой. Это может быть кристалл минерала, раствор любого вещества в какой-либо емкости, газ в баллоне. При взаимодействии системы с окружающей средой она может получать или отдавать энергию в виде теплоты или работы. Так, горячий кусок металла (термодинамическая система), охлаж- [c.33]

ПЕРВЫЙ ЗАКОН И ПОНЯТИЕ ЭНЕРГИИ Работа, эквивалентная теплоте. Если взять статическую, т. е. покоящуюся, систему, причем безразлично, насколько она сложна по составу, и провести ее через цикл изменений, во время которых работа, совершаемая над системой, производится силами, действующими со стороны окружающей среды (или наоборот), а тепгота переходит к системе от среды (или от системы к среде), то опытным путем устанавливается, что между алгебраической суммой всех,работ и суммой всех тепловых эффектов имеется очень простое соотношение, а именно [c.85]

Б. Клапейрон развил выводы Н. Карно (1834) и ввел ценный для практики метод графического изображения процесса теплопередачи в двигателе. Р. Клаузиус (1822—1888) провел широкие исследования о превращении теплоты в работу (1850). Он рассмотрел этот процесс не только с точки зрения принципа сохранения энергии, но и с качественной стороны на основе кинетической теории. Вслед за ним профессор из Глазго У. Томсон (Кельвин) (1824—1907) выступил с сообщениями о динамической теории теплоты. У. Томсон ввел шкалу абсолютной температуры (шкала Кельвина). В эти же годы вошло в обращение понятие энергия по предложению У. Томсона и шотландского инженера У. Ранкина (1820—1872). Это понятие более точно и конкретно выражает тепловые, электрические и механические, а [c.162]

Некоторые авторы ограничиваются сопоставлением понятий тепла, работы и энергии, но воздерживаются от прямого вывода из этого сопоставления. Например, А. Б. Млодзеевский в своей книге Термодинамика и теория фаз (1922, стр. 12) совершенно правильно подчеркивает, что выражение— энергия есть функция состояния — естьнечто иное, как другая формулировка закона сохранения энергии . Далее он поясняет, что теплота не является функцией состояния, но от прямого вывода из этого сопоставления, что, стало быть, теплоту нельзя рассматривать как вид энергии, он, к сожалению, воздерживается. [c.43]

Первое, что надо нам узнать, составляет понятие об эквиваленте теплоты. Вы, вероятно, слыхали, что наш век прославился открытием второго закона вечности, как прошлый дал первый закон вечности, показавший, что нигде и никогда весомое не пропадает и не является вновь, остается все в том же количестве, хотя изменяется не только в форме, но и в качестве. Закон же сохранения сил утверждает, что не только запас материи, но и запас сил или энергии сохраняется неизменным, хотя изменяется в своем распределении не только по отдельным частям вещества, но и по форме или состоянию движения. Боюсь увлечься изложением этого предмета, а потому скорее перехожу к теплоте, которую должно рассматривать как особый род движения, возбуждаемого при нагревании и уничтожающегося при недостигаемом холоде, который на 273° Цельзия ниже точки таяния льда. Сущность того понятия, которое ведет к пониманию эквивалента теплоты и которое тесно связано с законом сохранения сил или энергии, состоит в том, что нигде и никогда теплота, как энергия, не пропадает и не рождается из ничего, а в тех случаях, где она кажется пропадающею, является соответствующее ей количество механической работы или других энергий. Это значит, что между теплотою и движением нет различия. Гипотетически это сводят к тому, что теплотные [c.164]

Понятие о величине, характеризующей движение и имеющей по современной терминологии размерность энергии , впервые появилось в механике. Основоположниками здесь являются Галилей (1564—1642), Гюйгенс (1629—1695) и Ньютон 0642—1727). Согласно этим авторам при падении тела массой т с высоты h и ускорении силы тяжести g убыль потенциальной энергии тела (его гравитационной энергии) mgh равна приращению его кинетической энергии moV2. Сформулированный закон сохранения энергии до середины XIX в. казался частным случаем, реализующимся в чистой механике в отсутствие трения. Да и самого термина энергия не было до Р. Клаузиуса (1864), которому можно приписать заслугу окончательного введения этого термина в физику. Ранее часто вместо энергии говорили сила , приписывая один и тот же термин величинам разной размерности. Гельмгольц (1847) статью, посвященную закону сохранения энергии, озаглавил О сохранении силы . Между тем, по Ньютону, сила — это причина, вызывающая движение, которая, совершая на известном пути работу (F-IIS- osa), сообщает телу энергию. Таким образом, с понятием энергии неразрывно связано другое понятие той же размерности — работа . По Энгельсу, работа — это изменение формы движения, рассматриваемое с его количественной стороны . Наиболее затруднительным явилось установление общего закона сохранения энергии, включая действия диссипативных сил, приводящих к рассеянию работы и превращению ее в теплоту. [c.27]

Термодинамика изучает законы взаимного превращения различных видов энергии при химических и физических процессах, связанных с переходом энергии между телами в форме теплоты и работы. Теплота-мера перехода движения от одного тела к другому путем теплопроводности и излучения. Работа — мера перехода движения, связанного с перемещением масс под действием каких-либо сил. Так как понятия теплота и работа для отдельных молекул или совокупности немногих молекул лишены физического смысла, термодинамика рассматрйва> ет поведение и свойства тел, т. е. макроскопических систем, состоящих из большого числа молекул. [c.47]

Работы Бильтца и его школы, несомненно, сыграли известную роль в развитии термохимии комплексных соединений. Тем не менее здесь следует указать и на некоторые весьма существенные недостатки в этих работах. В экспериментальной части они заключаются в весьма небольшом числе прямых калориметрических определений теплот образования аммиакатов и полном отсутствии данных для наиболее устойчивых и наиболее интересных представителей этой группы комплексных соединений. Мы имеем в виду аммиакаты солей кобальта (П1), хрома (1П), платины (II и IV) и других платиновых металлов.. Существенным недостатком теоретических построений Бильтца и Гримма является то, что авторы учитывают только электростатические факторы, привлекая для объяснения аномалий поляризационные представления. При помощи же последних можно лишь качественно объяснить наблюдаемые отклонения , но невозможно производить количественные расчеты. Понятие энергии решетки комплексной соли у Бильтца явно неудачно. Неудачны также термины работа раздвигания и работа присоединения . [c.14]

Значение понятия энтропии становится яснее из следующего рассуждения. Нз теплоты, нередаваемон от теплого тела к холодному, п работу может быть превращена только часть, меньшая всей передаваемой теплоты на TAS, где Т — абсолютная температура, а Л5 — изменение энтропии, т. е. связанная энергия. [c.86]

Внешнее различие теплоты и работы заключается в том, что первая реализуется в температурном поле, а вторая — в силовом. Внутренняя энергия измеряется в Дж. Для характеристики гомогенной термодина]Мической системы используют понятие удельной и молярной энергии. Обе они представляют собой энергию системы, отнесенную к массе к 1 кг или 1 моль следовательно, размерность их Дж/кг или Дж/моль. Размерность энергии Дж названа в честь англичанина Дж. П. Джоуля (1818— 1889). [c.52]

Важнейшими взаимосвязанными понятиями в термодинамике являются энергия, теплота и работа. Им в 3 этой главы уделяется специальное внимание. Здесь же укажем, что сам термин термодинамика происходит от греческих слов 1Негте — теплота и (1шат1 з — сила. Поэтому перевести слово термодинамика следовало бы как наука о силах, связанных с теплотой (и вовсе не о движении теплоты). Однако в эпоху становления термодинамики в XIX в, ученые не всегда ясно представляли различие между силой и энергией . Если говорить не о переводе термина, а об определении, то термодинамика является наукой, изучаюш,ей взаимопревращения теплоты, работы и различных видов энергии — часто объединяемых под названием внутренней энергии. Устанавливаемые при этом общие законы применяются в различных разделах науки. Применения их к химии составляют химическую термодинамику, которой и посвящена настоящая книга. [c.7]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология