Основы термодинамики газа

Основы термодинамики. Состояние газов в процессе их всасывания, сжатия и нагнетания в цилиндре компрессора изменяется в соответствии с законами термодинамики. Термодинамика изучает связи между механической, внутренней, тепловой и другими энергиями, а также свойства термодинамических систем, в которых происходит переход одного вида энергии в другой. В газовой среде термодинамические системы, в которых осуществляются изменения и превращение энергии, характеризуются давлением р, температурой Т и удельным объемом Уо- Так, в цилиндре компрессора на сжатие газа при движении поршня затрачивается механическая энергия. При этом уменьшается объем газа, изменяется его внутренняя энергия, возрастает давление, повышается [c.38]

Настоящий курс составлен, исходя из основных изменений в учебных планах нефтяных техникумов, принятых на методическом совещании в 1944 г., согласно которым введены такие дисциплины, как анализ нефтепродуктов, теоретические основы химической термодинамики, катализа и усилен курс технологии нефти. Введение этих предметов освобождает программу курса химии нефти и газов от изложения материала по методам изучения качеств нефтепродуктов и основам технологических процессов переработки нефти. [c.3]

При изложении материала учитывалось, что, согласно утвержденной программе, студенты уже знакомы с курсами технической механики, металловедения, технологии нефти и газа, а также с основами термодинамики и теплотехники. Поскольку студенты не проходят специального курса процессов и аппаратов, в книге даны краткие сведения, позволяющие понять сущность процессов, происходящих в оборудовании нефтеперерабатывающих заводов, а также производить некоторые технологические и тепловые расчеты, необходимые для определения основных размеров аппаратов. В книге отсутствуют разделы, посвященные насосам, компрессорам, вентиляторам и подъемно-транспортному оборудованию, так как они предусмотрены в специальных учебных курсах. [c.8]

Метод описания ФХС, который будет изложен в настоящей главе, является в некотором смысле противоположным тому формальному подходу, который обсуждался выше. Здесь исходным моментом решения задачи служит внутренняя структура системы. Поведение ФХС представляется как следствие ее внутренних физико-химических процессов и явлений, для описания которых привлекаются фундаментальные законы термодинамики и механики сплошной среды. В главе будут рассмотрены характерные схемы реализации этого подхода на примерах сложных физикохимических систем, построение адекватных математических описаний которых обычно вызывает затруднения. В частности, будут сформулированы принципы построения математической модели химических, тепловых и диффузионных процессов, протекающих в полидисперсных ФХС (на примере гетерофазной полимеризации) будет изложен метод построения кинетической модели псев-доожиженного (кипящего) слоя будет рассмотрен один из подходов к расчету поля скоростей движения смеси газа с твердыми частицами в аппарате фонтанирующего слоя сложной конфигурации на основе модели взаимопроникающих континуумов будет исследован процесс смешения высокодисперсных материалов с вязкими жидкостями в центробежных (ротационных) смесителях. [c.134]

ОСНОВЫ ТЕРМОДИНАМИКИ ГАЗА [c.14]

Как известно, любые процессы разделения не могут протекать самопроизвольно и должны, в соответствии со вторым началом термодинамики, сопровождаться затратой работы извне. В идеальных процессах величина этих затрат определяется только состояниями исходной смеси и продуктов разделения, в реальных процессах непременно возникают дополнительные затраты работы, связанные с необратимостью физико-химиче ских превращений и зависящие от способа их реализации, т. е от ряда внутренних характеристик процесса. В настоящем раз деле приведены соотношения для расчета энергетических за трат в эталонном процессе на основе понятий минимальной ра боты и эксергии экстракции компонента или фракции из смеси газов. [c.229]

Будем руководствоваться принципом термодинамической допустимости (см. гл. VI). Вообразим, что реализована и всегда находится в нашем распоряжении такая среда (назовем ее а-фазой), которая не оказывает никакого сопротивления движущимся в ней молекулам, совершенно не взаимодействует с ними (в отличие от со-фазы, рассмотренной на стр. 202) и в которой исчезают также и силы взаимодействия между любыми молекулами, проникшими в эту фазу. Поэтому всякое вещество, проникшее или внедренное в а-фазу, становится в ней идеальным газом. Чтобы воображаемая реализация а-фазы не противоречила основам термодинамики, мы должны считать, что испарение веществ в а-фазу происходит без нарушения закона сохранения энергии и что а-фаза абсолютно не теплоемка и поэтому не вносит ни положительного, ни отрицательного вклада в энтропийный баланс. Будем считать также, что для осуществления рабочих процессов в а-фазе в нашем распоряжении имеются изготовленные из идеализированных материалов рабочие цилиндры, поршни, полупроницаемые перегородки и т. п. [c.337]

Основы термодинамики и кинетической теории газов [c.15]

ОСНОВЫ ТЕРМОДИНАМИКИ И КИНЕТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ ГАЗОВ [c.15]

Ряд особенностей кристаллофосфоров обусловлен тем, что они представляют собой твердые растворы весьма малого количества активатора или собственных дефектов в основании люминофора (здесь мы имеем случай, когда количество переходит в качество). В частности, по этой причине нельзя пренебречь процессами, которые протекают при температурах, лежащих существенно ниже температуры разрыхления кристаллической решетки (в химии твердофазных реакций эти процессы обычно не учитываются). Малая концентрация точечных дефектов позволяет рассматривать кристаллофосфоры как разбавленные твердые растворы, во многом подобные жидким растворам электролитов, и применять термодинамические методы, близкие к тем, какие используются в химии газов и водных растворов. Термодинамика является стержнем всего курса физической химии кристаллофосфоров, который изложен в данной книге. Применение ее вовсе не означает, как это иногда предполагают, что соответствующие процессы считаются вполне равновесными. Такие процессы вообще редко встречаются в химии, и тем не менее термодинамика весьма успешно применяется в цветной металлургии, в ракетной технике и во многих отраслях химической промышленности. Именно на основе термодинамики и, в первую очередь, ее статистических методов удается разобраться в механизме активации кристаллофосфоров и во мно- [c.319]

Анализ этих результатов показывает, что скорость увеличивается и площадь поперечного сечения уменьшается до тех пор, пока не будет достигнуто критическое давление (в данном случае 0,53 X РгУ, затем, при более низких давлениях, скорость продолжает возрастать, но одновременно увеличиваете и сечение. Такой же результат-лучается с любым газом или паром, независимо от того, является ли он идеальным тазом или нет, и это приводит к заключению, что нужной формой сопла для получения струи высокой скорости является суживающийся переход к горловине с минимальным сечением с последующим расширением, как это схематично показано на рис. 66. Точную форму, желательную для данного ряда условий, нельзя предсказать на основе термодинамики, — она определяется большей частью эмпирически. После того как дана определенная форма, по термодинамическим уравнениям можно вычи- [c.405]

Макроскопические тела и взаимодействия между ними весьма многообразны, вследствие чего область приложения общих основ термодинамики чрезвычайно обширна и разнородна. Это привело к формированию специальных разделов термодинамики, ограниченных более узкими рамками. В зависимости от практического значения величин, определяющих изменение состояния рассматриваемых макроскопических тел, а также в зависимости от их природы и характера взаимодействия с окружающими телами термодинамика подразделяется на техническую, химическую, биологическую, термодинамику кристаллов, жидкостей, газов, растворов, полимеров, излучения, плазмы, термодинамику особых видов и состояний вещества (сегнетоэлектриков, пара- и ферромагнетиков, сверхпроводников), термодинамику отдельных видов явлений (магнитных, электрических, поверхностных) и другие специализированные разделы. В основании каждого из них лежит ряд общих понятий и положений, составляющих общие основы термодинамики, но вместе с тем в них разрабатываются специфические методы и понятия, связанные с особенностями рассматриваемых видов макроскопических тел и решаемых практических задач. [c.7]

Предсказания режима изменения температуры и давления в процессах переработки газа возможны на основе представлений термодинамики. [c.35]

Статистическая термодинамика дает возможность рассчитать значения функций Зт, Нт—Но, От—Но, Ср и др. Пока такие расчеты возможны практически лишь для газов и веществ с несложными молекулами. Экспериментальной основой расчетов служат данные о строении молекул (межатомные расстояния и пр.) и данные о спектрах. Сложность и большая трудоемкость расчетов раньше сильно затрудняли использование этого метода. Однако развитие счетной техники и применение электронных счетных машин позволило преодолеть указанные трудности, и в настоящее время большое число новых данных получается этим путем в особенности для высоких температур. [c.220]

Применение методов статистической физики к решению проблем химической термодинамики привело в 20-х годах к созданию статистической термодинамики и к возможности определять значения основных термодинамических функций веществ в состоянии идеальных газов на основе данных о строении молекул и о спектрах веществ. Правда, и в настоящее время возможности этого метода практически ограничиваются лишь простыми молекулами или молекулами, для которых такие расчеты упрощаются вследствие их симметрии. Однако большое значение имела прежде всего возможность определить значения энтропии и других величин двумя независимыми методами — методами классической термодинамики на основе калориметрических определений и методами статистической термодинамики на основе данных о строении молекул и их спектрах. В большинстве случаев этими двумя методами были получены хорошо согласующиеся значения энтропии, что. явилось убедительным доказательством надежности каждого из них. Позднее были выяснены и причины наблюдаемых в известных случаях расхождений, что привело к возможности использовать эти расхождения для определения параметров, относящихся к строению молекул (энергетический барьер внутреннего вращения и другие). В дальнейшем развитие радиоспектроскопии расширило экспериментальные основы расчетов, а использование электронно-вычислительных машин облегчило проведение их. В результате методы статистической термодинамики нашли широкое применение для определения основных термодинамических функций разных веществ в газообразном состоянии при самых различных внешних условиях и значительно способствовали быстрому увеличению фонда имеющихся данных. Однако эти методы сами по себе не дают в настоящее время возможности определять тепловые [c.18]

Для определения атомарной энтропии образования соединений (ASf) положение сложилось в настоящее время более благоприятно, чем для определения АЯ так как на основе методов статистической термодинамики и экспериментальных данных о спектрах элементов значения стандартной энтропии для большинства элементов в состоянии одноатомного идеального газа хорошо известны для широкой области температур (вплоть до очень высоких). [c.163]

В книге изложены основы расчета процессов перемещения жидкостей и газов, теплообмена, массообмена (ректификация, экстракция, абсорбция, адсорбция, сушка) и других процессов, применяемых на нефтеперерабатывающих заводах. Приводятся краткие сведения по термодинамике, гидравлике, теплопередаче и т. д., необходимые для расчетов. [c.2]

В нашем представлении общая теория печей может быть разработана только на основе определенной схематизации тепловой работы печей, учитывающей только общие черты этой работы, т. е. в известной степени на основе абстрактного представления о работе печей. Практическое значение. общей теории печей заключается в формулировании положений для конструирования печей как существующих в настоящее время, так и могущих возникнуть в будущем в связи с появлением новых технологических процессов. Теоретическими основами общей теории печей является физика (главным образом техническая) и физическая химия. Если будет уместно физику и физическую химию сравнить с корневой системой дерева, то общая теория печей есть ствол, ветви которого можно рассматривать как частные функциональные теории печей конкретного технологического назначения. Подобно термодинамике, механике жидкостей и газов и учению о тепло- и массообмене, общая теория печей есть наука феноменологическая, рассматривающая явления как таковые, не касаясь механизма тех или иных процессов, сущность которых по-настоящему раскрывается при рассмотрении явлений на уровне микромира. Поэтому представления из области микромира привлекаются только в тех случаях, когда иначе нельзя объяснить сущность того или иного процесса. [c.11]

Из элементарных курсов общей химии и физики известно, что вследствие сильно развитой межфазной поверхности гетерогенные дисперсные системы обладают большим избытком свободной поверхностной энергии и, следовательно, являются в принципе неустойчивыми. Позднее мы еще обсудим этот вопрос и покажем, что данное утверждение, которое во многих случаях не вызывает возражений, не настолько правильно, чтобы его абсолютизировать. Возникает вопрос, в какой мере законно применение термодинамических зависимостей к фазовым равновесиям в подобных системах. Гетерогенная дисперсная система может приобретать за счет замедляющих кинетику факторов известную устойчивость, позволяющую ей существовать в дисперсном состоянии достаточно долгое время. В течение этого времени вследствие молекулярного переноса (например, благодаря диффузии) устанавливается такое распределение ее компонентов в объеме и около межфазной поверхности, которое практически соответствует равновесию. Очевидно, что возникающее при этом состояние можно анализировать на основе соответствующих термодинамических представлений. В дальнейшем при рассмотрении вопроса об устойчивости лиофобных коллоидов мы увидим, что такая устойчивость действительно существует и именно этим объясняется широкое распространение подобных систем в природе и технике. Если какая-либо жидкость диспергирована в газе или п другой жидкости, то состояние относительного равновесия, о котором мы говорили выше, придает частицам термодинамически устойчивую форму — форму с наименьшей поверхностью, которая в простейшем случае является сферической. Не будем приводить других аргументов в пользу приложимости термодинамики равновесных систем к дисперсным гетерогенным системам и перейдем к рассмотрению самой термодинамики гетерогенных систем. [c.75]

Начинание Ломоносова получило развитие на математической и экспериментальной основе в трудах (1857 г.) основателя теоретической термодинамики немецкого физика Р. Клаузиуса (1822— 1888). В 1872 г. они обрели строгую математическую форму в кинетическом уравнении газов, выведенном австрийским физиком Л. Больцманом (1844—1906). В этом уравнении показана связь микро- и макроскопических свойств тела. [c.10]

Книга представляет собой издание, наиболее полно соответствующее программе по физической химии для студентов биологических специальностей Московского университета, а также других университетов страны. В ней изложены основы химической термодинамики, учение о химическом равновесии, физическая химия растворов неэлектролитов и электролитов, учение о пограничных потенциалах и электродвижущих силах, химическая кинетика и катализ. Небольшой раздел посвящен свойствам газов, необходимым для понимания основного материала. Дается краткое описание методов хроматографии, экстракции, ректификации, использования ионоселективных электродов и т. п. [c.2]

Применение (VIII, 42) к общим закономерностям, справедливым для любых растворов, позволяет определить термодинамические свойства идеальных растворов независимо от их агрегатного состояния. Действительно, с одной стороны, переход от жидкости к газу может быть осуществлен без нарушения гомогенности соответствующими изменениями Р и Т. Поэтому для утверждения того, что (VIII, 42) может быть положено в основу термодинамики идеальных растворов независимо от их агрегатного состояния, необходимо доказать, что изменение энергии Гиббса для идеального раствора не зависит от изменения Р и Т. В то же время в идеальном растворе при всех значениях Р я Т изменение V и Н в соответствии с (VIII, 38 и 39) равно нулю, что в связи с уравнениями (дAG/дT)р = —Д5 и дАО/дР) т = АУ, вытекающими из (V, 24 и 25), приводит, во-первых, к независимости изменения энергии Гиббса от давления при прибавлении чистого компонента, а во-вторых, к независимости изменения энергии Гиббса, отнесенной к температуре, от температуры, [c.244]

Таким образом, можно считать, что вода, содержащая растворенные примеси ( в том числе примеси газа), обладает структурной релаксацией. Механизм возможного влияния при этом различных примесей пока не выяснен. Б. В. Дерягин и Н. В. Чураев обоснованно отмечают, что пока неизвестно, связано ли это с диффузионной кинетикой — скоростью рекомбинации ионов (собственных или примесных) или же с процессами перестройки сложных надмолекулярных структур [21]. Но процессы, связанные с изменением структурных характеристик воды, не могут рассматриваться на основе термодинамики равновесных систем. И нет ничего невероятного в замедленном восстановлении ряда структурочувствительных [c.18]

Классическая работа Термодинамика и свободная энергия веществ , написанная в 1923 г. Льюисом и Ренделлом, по существу является первой полной математической формулировкой химической термодинамики. Поколения студентов изучали эту интересную книгу и убеждались в полезности приведенных там соотношений для решения технических проблем. Одной из двух значительных работ, опубликованных после 1923 г,, было экспериментальное подтверждение третьего закона, выполненное Джиоком и его учениками. Другим исследованием явилась разработка методов статистической механики для расчета термодинамических свойств идеального газа на основании первого и второго законов термодинамики. Сейчас нет никаких сомнений в том, что величины свободных энергий, полученные из термических данных и статистических методов расчета, можно с уверенностью использовать для предсказания состояния равновесия в системах. Тем не менее широкое применение термодинамики в органической химии до настоящего времени тормозилось двумя факторами. Использование неточных литературных данных или непонимание ограничений, налагаемых термодинамикой, вело к тому, что некоторые термодинамические выводы не соответствовали экспериментальным результатам. Это в свою очередь вызывало определенное недоверие к тем общим выводам, которые были сделаны на основе термодинамики. Другой причиной, ограничивающей применение термодинамического подхода к проблемам органической химии, являлся недостаток доступных численных значений свободных энергий. Данные но химической термодинамике настолько рассеяны в научной литературе, что без сводных таблиц было крайне трудно работать термохимикам, занимающимся практическими расчетами. Наряду с этим выявилась скудность данных для органических соединений, что было впервые отмечено Парксом и Хаффманом еще в 1932 г. в их оригинальной монографии Свободные энергии органических соединений . В этой очень полезной книге были полностью учтены оба отмеченных выше фактора. [c.13]

Главной задачей термодинамики XIX в. было создание точной и полной теории действия тепловых машин, такой теории, которая могла бы служить основой для проектирования паровых поршневых машин, двигателей внутреннего сгорания, паровых турбин, холодильных машин и т. д. и которая указывала бы научно обоснованные пути усовершенствования этих машин. В связи с этим детальное развитие в XIX в. получила термодинамика газов и паров. Основным методом термодинамики XIX в. был метод круговых про-дессов. Главным содержанием термодинамики XIX в. было 1) исследование различных циклов с точки зрения их коэффициента полезного действия 2) изучение свойств газов и паров 3) разработка и создание термодинамических диаграмм, столь важных для практических расчетов в области теплотехники. С этим направлением исследований связаны имена самих основателей термодинамики Сади Карно, Клапейрона, Роберта Майера, Томсона, Клаузиуса и затем Ренкина, Гирна, Цейнера, Линде и в XX в.—Молье, Шюле, Календера. [c.7]

Первый закон термодинамики, который называется также законом эквивалентности теплоты и работы, является одним из частых случаев закона сохранения энергии и служит основой всех тепловых и энергегических расчетов. Этот закон формулируют следующим образом тепловая энергия не может ни исчезнуть бесследно, ни возникнуть вновь из ничего она мом<ет только перейти в строго эквивалентное количество энергии другого рода. При этом установлено, что если система поглощает извне или отдает в окружающее пространство тепло, то последнее расходуется только на изменение внутренней энергии данной системы и на совершение ею внешней работы (если таковая имеет место в данном процессе). Таким образом, если внутре1шяя энергия какой-либо системы (например, газа в сосуде и т. п.) после сообщения этой системе некоторого количества тепла (ЛQ) изменилась на Д(7, то, согласно первому закону термодинамики, имеем [c.66]

На рис. 16-5 дано графическое представление молярных энтропий чистых элементов в различных физических состояниях. Все металлические твердые вещества обладают энтропией, не превышающей величины 80 энтр.ед. моль между 130 и 180 энтр.ед. моль атомных газов имеют еще более высокие значения. Хотя абсолютные энтропии вычисляются при ПОМОПЩ третьего закона термодинамики лишь на основе измерения тепловых свойств веществ, они позволяют получить [c.64]

Для характеристики условий полного перехода различных газонефтяных смесей в газовую фазу при разных температурах приведены кривые зависимости давления схождения этих смесей (Рсу) от температуры (рис. 19). Под давлением схождения в нефтяной литературе понимают то давление при данной тем1пературе системы, при котором константы фазового равновесия всех ее компонентов становятся равными единице. В. термодинамике это давление называют критическим давлением системы при дайной температуре. Оно отличается от истинного критического давления, характерного для системы при ее,критической температуре. Кривые (см. рис. 19) построены по материалам, полученным при изучении фазового равновесия ряда систем, состоящих из широких нефтяных фракций и газа, при пх весовом соотношении 1 1 и при температурах 60, 100, 130 и 160° С. На основе этих данных были рассчитаны константы фазового равновесия (/( УВ нефти и экстраполированы до [c.39]

В главе 1 рассмотрено движение однородных потоков, основывающееся главным образом на законах классической механики жидкостей, в главе II — движение неоднородных потоков, причем особое внимание уделяется новейшим экспериментальным данным. Глава III посвящена процессам, основанным на законах классической термодинамики, в частности связанным с понятием необратимости. В главе IV изложены законы теплопередачи. В главе V описаны процессы, в основе которых лежат законы межфазного многокомпонентного равновесия, т. е. законы физической химии, в главе VI — многоступенчатые процессы (ректификация, абсорбция, жидкостная экстракция), объединяемые общим расчетным методом. Процессы, сущностью которых является кинетика массопередачи, рассмотрены в главе VII, процессы одновременной тепло-и массопередачи, которые имеют место при сушке газов и твердых тел, — в главе VIII. Глава IX посвящена техническим проблемам химических реакторов. [c.8]

Более того, такое свойство биосистем, как самовоспроизводимость, непосредственно вытекает из статистического закона больших чисел и свойств аддитивности статистических распределений термодинамических функций. Хотя гипотеза об информационных полях не нова, нам удалось показать, развивая термодинамику многокомпонентных систем, что эти поля действуют между любыми объектами природы и имеют высшую разумную статистическую основу. Статистическое информационное поле связывает самые различные объекты системы в единое целое, независимо от их пространственно-временного существования. Например, распределение числа частиц по кинетической энергии (закон Максвелла) выполняется даже в идеальных газах, т.е. в системах, где нет никаких взаимодейств1и 1, кроме механических столкновений. Существуют системы, кочорые подчиняются четко выраженным законам Бернулли, Гаусса, Пуассрнг и 1.Д. Статистические сиязи склеивают самые различные объекты в единое це- [c.19]

Первое начало термодинамики применимо к описанию как обратимых, так и необратимых процессов. В некоторых случаях можно воздействовать на систему таким образом, чтобы необратимый термодинамический процесс протекал обратимым путем. Для этого, как правило, систему необходимо снабжать специальным устройством для совершения работы. Для пояснения этого утверждения удобно сослаться на пример передачи теплоты от более нагретого тела к менее нагретому. Если оба тела привести в соприкосновение, то будет происходить самопроизвольный процесс передачи теплоты от одного тела к другому до тех пор, пока температуры обоих тел не сравняются. Этот процесс носит необратимый характер, так как проведение процесса в обратном направлении без совершения работы невозможно. Тем не менее процесс передачи теплоты можно сделать обратимым, если для этого использовать тепловую машину, например на основе цикла Карно, с идеальным газом. В этом случае система наряду с передачей теплоты будет совершать определенную работу, которая в обратном процессе может быть использована для передачи теплоты от менее нафетого тела к более нагретому [c.18]

Удельную поверхность адсорбентов на основе хроматографических измерений определяли Нельсон и Эггертсен, а также Рогинский, Киселев и др. Метод определения коэффициентов активности разбавленных растворов в процессе растворения газа или пара в жидкости предложили Кейлеманс и Квантес. Этот метод сыграл и продолжает играть важную роль в термодинамике разбавленных растворов и ее практическом приложении, например в технологии разделения экстрактивной дистилляцией. Метод получил дальнейшее развитие в работах Мартайра, Короля, Вяхирева, Решетниковой, Царфина и др. [c.250]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология