Термодинамика, первый закон для процессов течения

Согласно закону Гесса тепловой эффект реакции не зависит от промежуточных стадий, а определяется лишь начальным и конечным состоянием системы при условии, что давление или объем в течение всего процесса остаются неизменными. Математическая формулировка закона Гесса является непосредственным следствием первого начала термодинамики и выражается уравнениями [c.24]

В практике горного дела необходимо учитывать многие химические реакции. Так, воздействие влаги на каменный уголь, хранящийся на воздухе, может привести к самовозгоранию. Поэтому при создании многих промышленных процессов необходимо знать условия и направление протекания тех или иных химических реакций. Как и все явления природы, химические реакции сопровождаются изменениями энергии, например выделением или поглощением тепла, излучением и т. п. Поэтому законы, определяющие течение химических превращений, связаны с законами превращения энергии. Эти законы составляют предмет особой науки — термодинамики. Ее приложение к химии называется химической термодинамикой. Основные законы термодинамики вытекают из многовековой практики человечества. Ее первый закон устанавливает невозможность создания машины, которая производила бы работу без затраты энергии —так называемого вечного двигателя первого рода. Второй закон термодинамики указывает на невозможность существования вечного двигателя второго рода, т. е. периодически действующей машины, которая производила бы работу за счет охлаждения окружающей среды. Такая машина могла бы, например, использовать неограниченные запасы энергии морей и океанов. [c.14]

Кинетическая система не находится в состоянии равновесия. Подчиняясь первому закону термодинамики (сохранение энергии), она свободна от ограничений второго закона. Чем меньше ограничений накладывается на систему, чем больше степеней свободы она имеет, тем труднее ее описать. Действительно, как будет видно из дальнейшего, эта трудность становится одним из реальных препятствий на пути удовлетворительной кинетической обработки. Однако основное препятствие для кинетического описания химических систем заключается во множественности существенно неравновесных факторов, которые могут играть решающую роль в определении пути реакции. Таким образом, априори нельзя сформулировать те положения, которыми определяется адекватное описание кинетической системы. В этом нетрудно убедиться на следующем простом примере. Вода, находящаяся на вершине холма, может быть описана уравнениями равновесного состояния. В некоторый следующий момент времени вода может стечь в озеро у основания холма. Оба эти состояния (исходное и конечное) могут быть описаны совершенно точно, и можно определить разности энергий этих состояний. Однако если попытаться описать сам переход, т. е. процесс течения воды с вершины холма, то будет видно, что он может зависеть почти от бесчисленных факторов от наличия стоков, контура склона холма, структурной устойчивости контура, множества подземных каналов в холме, через которые может проникать вода, и т. п. И наконец, если на холме будет кем-либо пробурена скважина, то появится необходимость в тщательном экспериментальном исследовании для того, чтобы учесть и этот дополнительный фактор, влияющий на течение воды. [c.14]

Разные области термодинамики химических реакций развивались неодновременно" . Изучение тепловых эффектов различных процессов и теплоемкостей разных веществ началось еще с первой половины прощлого века в результате разработки калориметрических методов. Хорошо известный закон Гесса, основанный на экспериментальных данных, был опубликован в 1840 г. В течение всего последующего времени параллельно с дальнейшим развитием теории и техники эксперимента происходило интенсивное накопление опытных данных о тепловых эффектах различных реакций, теплоемкостях, теплотах плавления, теплотах испарения разных веществ и других величин. В течение XIX века в работах Гесса, Томсена, Бертло, Лугинина, Зубова и других был накоплен обширный фонд данных для этих величин, в частности по теплотам испарения и сгорания органических соединений. Это дало возможность выявить ряд закономерностей в их значениях (правило Трутона, аддитивность теплот сгорания органических соединений некоторых классов). Последующее повышение точности показало, впрочем, довольно приближенный характер таких закономерностей. [c.17]

Принимают, что в процессе ползучести работа деформации не запасается в форме упругой потенциальной энергии, а рассеивается в виде тепла. Такая рассеянная работа растяжения не может привести к хрупкому разрушению материала или к его пластическому течению, даже если соответствующие пределы будут превзойдены. Был сделан вывод о том [339, с. 12], что динамическая теория прочности должна быть термодинамической теорией. Пусть ы) — работа растяжения, 0 — часть внутренней энергии, которая может быть превращена в работу, и О — связанная рассеянная энергия (вес на единицу объема). Тогда первый закон термодинамики принимает вид [c.258]

Основным положением, из которого исходят при распространении термодинамики на необратимые процессы, является тот факт, что, согласно известным феноменологическим законам, описывающим явления переноса (теплопроводность, электропроводность, диффузия), связь между потоками тепла, электричества или массы с силами, обусловливающими эти потоки, линейна. В общем соотношение между скоростью течения (поток I) и термодинамическими движущими силами (обозначенными X), ответственными за него, можно описать в виде степенного ряда. Однако экспериментально показано, что в состоянии, близком к равновесному, достаточно учесть член, содержащий первую степень. В этом заключается суть линейного закона Онзагера, устанавливающего, что в термодинамических системах имеет место линейная феноменологическая связь между силой Х , действующей на компонент I, и вызванным этой силой потоком /,. [c.206]

Вычисление полной энергии, затрачиваемой в процессе, основано на первом законе термодинамики — законе сохранения энергии. В разделе 8-1 обсуждаются методы использования первого закона при рассмотрении процессов установившегося течения и приведены соответствуюшие термодинамические расчеты. [c.203]

Процессы адсорбции — это, в первую очередь, процессы очистки, для которых вопросом первостепенной важности является вопрос о минимально возможном остаточном содержании адсорбата в жидкой фазе. Чтобы дать на него ответ, нанесем на рис. 9, кроме линий баланса 7 и Г, изотерму адсорбции (кривая 2). С течением времени концентрация вещества в растворе уменьшается (с, сг и т.п.) и возрастает величина адсорбции а, аг и т.п.). Изменение концентрации продолжается до тех пор, пока не будут достигнуты значения с и а, лежащие на пересечении линий 7 и 2 Дальнейшее течение самопроизвольного процесса очистки прекращается. Более существенное понижение концентрации в растворе, чем с, получить невозможно. Сойти с прямой 1 при заданном значении НЖ (и, что то же самое, при заданном значении НТ) не позволяет закон сохранения материи, а перейти на продолжение прямой 1 в зазер-калье кривой 2 — один из законов термодинамики. Он гласит, что систему, находящуюся в равновесии, вывести из этого состояния может только внешнее воздействие. Итак, точка А—предельно достижимое состояние системы, концентрация с — минимально возможная при данных условиях остаточная концентращ1Я адсорбата в растворе, а. а — максимально возможная величина адсорбции. Предельные концентрации можно изменить, взяв иную НЖ (прямая 1 ), понизив температуру или использовав адсорбент с более крутой изотермой адсорбции (и то, и другое соответствует линии 2 и точке В). Для выбора условий процесса и расходных коэффициентов и предназначены построения, примеры которых приведены на рис. 9. [c.25]

Пер й закон термодинамики для процессов течения. Вследствие того, что движущаяся жидкость обладает как кинетической, ч ак и потенциальной энергией по отношению к некоторому, надлежащим образом выбранному уровню, обычная форма первого закона термодинамики [c.308]

Уравнения для полной затраты работы I могут быть представлены и в другом виде. Реальные процессы течения и сжатия газа сопровождаются потерями, вызванными трением газа о стенки и внутри потока, срывом потока с ограничивающих его поверхностей и вихреобразованием. Работа 1 , эквивалентная этим потерям, необратимо превращается в теплоту д (причем = дг), которая полностью или частично отдается газу. Для таких процессов уравнение первого закона термодинамики в системе координат, движущейся вместе с центром тяжести элемента массы газа в случае отвода тепла с1д, может быть записано в форме [c.12]

Химическая термодинамика базируется на двух основных законах термодинамики. В этом разделе физической химии рассматриваются основные соотношения, вытекающие из первого закона, которые позволяют определить тепловой и общий энергетический балансы химических процессов, рассчитать количества выделяемой или поглощаемой теплоты и определить, как будет влиять на процесс изменение внешних условий. На основе второго закона определяется возможность самопроизвольного течения процесса в интересующем нас направлении, а также условия равновесия и его смещения под влиянием изменения внешних условий. [c.26]

Таким образом, первый из указанных методов может быть выражен следующим положением, устанавливаемым вторым законом термодинамики самопроизвольное протекание процессов взаимодействия между различными частями системы возможно только в направлении выравнивания фактора интенсивности (температуры, давления, электрического потенциала, химического потенциала и др.) для всех частей системы, достижение одинакового значения э ого фактора является пределом самопроизвольного течения процесса в данных условиях и, следовательно, условием равновесия. Этот метод неприменим к системам однородным или вообще к процессам, протекание которых не вызывается неоднородностью системы, он неприменим, в частности, к гомогенным химическим реакциям. [c.276]

Предмет химической термодинамики. Термодинамика представляет собой научную дисциплину, которая изучает I) переходы энергии из одной формы в другую, оТ одной части системы к другой, 2) энергетические эффекты, сопровождающие различные физические или химические процессы, зависимость их от условий протекания процессов и 3) возможность, направление и пределы самопроизвольного (т. е. без затраты работы извне) течения самих процессов в рассматриваемых условиях. Термодинамика базируется на двух основных законах, называемых иначе первым и вторым принципами термодинамики. [c.178]

Независимость теплового -фекта реакции от пути процесса была установлена опытным пут м русским академиком Гессом в 1836 г. Закон Гесса гласит, что тепловой эффект химических реакций не зависит от пути перехода (процесса), а зависит только от начального и конечного состояния системы. Этот закон является частным случаем первого начала термодинамики и строго соблюдается для процессов, в которых единственной работой, совершаемой системой, является работа против внешнего давления, а р или V в течение процесса остаются постоянными. Поясним смысл закона на примере в общем виде. Предположим, что реагируют три вещества по уравнению [c.85]

При изучении химических взаимодействий очень важно оценить возможность или невозможность их самопроизвольного протекания при заданных условиях, выяснить химическое сродство веществ. Должен быть критерий, при помощи которого можно было бы установить принципиальную осуществимость, направление и пределы самопроизвольного течения реакции при тех или иных температурах и давлениях. Первый закон термодинамики такого критерия не дает. Тепловой эффект реакции не определяет направления процесса самопроизвольно могут протекать как экзотермические, так и эндотермические реакции. Так, например, самопроизвольно идет процесс растворения нитрата аммония ЫН4ЫОз (к) в воде, хотя тепловой эффект этого процесса положителен А/Йэв > О (процесс эндотермический), и в то же время невозможно осуществить при Т = 298,16 К и р = = 101 кПа синтез к-гептана С,Н1в (ж), несмотря на то, что стандартная теплота его образования отрицательна АЯгэа обр <0 (процесс экзотермический). [c.104]

Применим теперь первый закон термодинамики к процесса.м установивщегося течения. Пусть к системе, схематически показанной на рис. 81, подводится (или от нее отбирается) некоторое количество массы и энергии. Однако поскольку течение установившееся, то внутри системы не происходит накопления массы или энергии. Закон сохранения массы требует, чтобы [c.205]