Термодинамика первый закон для системы, находящейся

Теоретически закон Гей-Люссака—Джоуля можно вывести с помощью второго закона термодинамики, но установлен он был опытным путем. Опыты Л. Гей-Люссака (1809) и Дж. Джоуля (1844) заключались в следующем. Система из двух баллонов, соединенных трубкой с краном, помещалась в сосуд с водой, температура которой измерялась термометром. В одном из баллонов находился газ при некотором давлении рг, другой баллон был пустой (р2 = 0). При открывании крана первый баллон охлаждался, второй нагревался, но после установления равновесия температура воды в сосуде оставалась такой же, как до начала опыта. Следовательно, теплота расширения равнялась нулю <Э = 0. Так как объем системы из двух сосудов оставался постоянным, то и работа А = 0. Следовательно, в соответствии с первым законом термодинамики АС/ = 0, т. е. внутренняя энергия идеального газа не изменяется при изменении его объема. [c.27]

Иерархические уровни организации вещества бесконечны. На первом энергетическом уровне находятся элементарные частицы, на втором уровне -атомы, на третьем - молекулы и т.д. Согласно представлениям временных иерархий, развитой в физике Н.И. Боголюбовым и обобщенного Г.П. Гладышевым, для всех без исключения иерархических структур (выделенных по размерам и энергиям образования) [10] с уменьшением масштаба системы в иерархическом ряду, время жизни подсистемы уменьшается, время достижения системой равновесия (релаксации системы) уменьшается. Между близкими иерархическими уровнями, согласно представлениям Гладышева, внутри системы существует равновесие. Это дает возможность при моделировании системы применять законы классической равновесной термодинамики. [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]

При формулировке первого закона термодинамики предполагается, что энергия может преобразовываться только в теплоту или работу. Однако принципиально энергия системы можег меняться также при изменении количества вещества при удалении вещества из системы оно уносит часть внутренней энергии этой системы, а при поступлении вещества в систему последняя получает дополнительное количество энергии. Системы, в которых возможно изменение количества вещества за счет его притока или выноса из системы, называют открытыми. Если такой процесс невозможен, систему называют замкнутой. Следует отличать еще изолированную систему, в которой невозможен обмен с внещней средой не только веществом, яо и энергией. В изолированных системах энергия всегда остается постоянной. Термодинамическое исследование открытых систем приобрело важное значение при переходе к живым организмам, которые находятся в обмене веществом с внешней средой. Эти системы также широко используются при моделировании непрерывных процессов в химической промышленности, где в химический реактор (систему реакторов) непрерывно поступают исходные вещества, а на выходе— конечные продукты. Теория открытых процессов (систем) достаточно хорошо разработана, поскольку исторически она возникла одновременно с термодинамикой необратимых процессов, однако при дальнейшем изложении теория открытых процессов не будет рассматриваться более глубоко. [c.220]

Реакции разложения 3S или СзА при нормальной температуре характеризуются уменьшением энергии Гиббса, однако практически эти реакции не протекают и системы находятся в состоянии покоя. Изучить метастабильное равновесие экспериментально не всегда возможно, поскольку реакция может не остановиться на промежуточной стадии. В этом случае кинетические факторы являются определяющими. Для описания обратимых процессов пользуются энергией Гиббса, содержащей только член pV и связывающей первый и второй законы термодинамики в дифференциальной форме, т. е. [c.54]

При термодинамическом описании предполагают, что система находится в относительном покое ( кин = 0) и воздействие внешних полей пренебрежимо мало ( пот = 0). Тогда полная энергия системы определяется запасом ее внутренней энергии Е=0). Последняя складывается из кинетической энергии поступательного и вращательного молекулярного движения, энергии притяжения и отталкивания частиц, энергии электронного возбуждения, энергии межъядерного и внутриядерного взаимодействия и т. п. Количественный учет всех составляющих внутренней энергии невозможен, но для термодинамического анализа систем в этом нет необходимости, так как достаточно знать лишь изменение внутренней энергии при переходе из одного состояния в другое, а не ее абсолютные величины в этих состояниях. В соответствии с законом сохранения энергии, выражающим первое начало термодинамики, общий запас внутренней энергии системы остается постоянным, если отсутствует тепловой обмен с окружающей средой. В ходе процессов, протекающих в изолированной системе, возможно лишь перераспределение внутренней энергии между отдельными составляющими системы. [c.203]

Классификация свойств системы па функции состояния и функции перехода очень важна для термодинамики. Чтобы это оценить, начнем с рассмотрения значения такой классификации для первого закона термодинамики. В связи с этим законом центральное место занимает утверждение, что функция состояния, будучи свойством состояния, в котором находится система, не зависит от пути, каким би.ю получено это состояние. [c.87]

Состояние равновесия между двумя фазами любой химической системы не будет нарушаться присутствием других частей системы. Не теряя общности, мы можем, следовательно, полагать, что любые рассматриваемые фазы являются частью более обширной изолированной системы постоянного объема, не способной к обмену энергией или веществом с окружающей средой. Требованием первого закона термодинамики является постоянство энергии такой изолированной системы. Второй закон термодинамики определяет состояние равновесия как такое состояние системы, при котором достигнуто максимальное значение энтропии. Таким образом, если между фазами происходит обмен бесконечно малыми количествами тепла или вещества, то, когда система находится в равновесии, не может наблюдаться никакого изменения внутренней энергии или энтропии системы. Если —внутренняя энергия, а —энтропия фазы, то [c.215]

Опыт Гей-Люссака — Джоуля заключается в следующем. Два баллона, соединенные трубкой с краном, погружены в ванну с водой, температура которой измеряется термометром. В одном из баллонов находится газ при некотором давлении р (кран закрыт), другой сосуд пустой (р=0). При открывании крана газ частично переходит из первого сосуда во второй и давления уравниваются. Температура воды в ванне при этом остается неизменной. Следовательно, теплота расширения газа равна нулю. Так как объем системы из двух сосудов оставался постоянным, то и работа равна нулю (изохорный процесс). Следовательно, по первому закону термодинамики /з — 1=0, т. е. внутренняя энергия газа не изменяется при изменении его объема. Таким образом, внутренняя энергия газа при небольших давлениях не зависит от объема. [c.51]

Первый закон термодинамики известен как закон сохранения энергии. 2. Термодинамическое равновесие означает состояние, в котором свойства системы не изменяются в зависимости от времени. 3. Известно, что внутренняя энергия вещества зависит от его состояния, т. е. его температуры, давления, кристаллической формы и т. д. 4. Согласно второму закону термодинамики равновесие не зависит от способа, при помощи которого оно достигнуто. 5. Считают, что для равновесия двух фаз, таких, как лед и вода, необходимо, чтобы они находились при одинаковых температурах и давлении. [c.18]

Сложнее обстоит дело у систем, которые не находятся в состоянии равновесия. Макросостояние таких систем приходится описывать параметрами, характеризующими состояние отдельных частей системы, и естественно число таких параметров будет значительно больше числа параметров, описывающих макросостояние при термодинамическом равновесии. Макроскопическое описание состояния, широко применяющееся в классической термодинамике, оставляет вне рассмотрения молекулярное строение системы. Реальное существование молекул и других частиц, из которых построены тела, делает возможным, по крайней мере принципиально, применять наряду с макроскопическим описанием состояния так называемое микроскопическое описание. Такое описание характеризует систему с помощью величин, определяющих возможно более детально состояние каждой частицы. Это описание будет различным в зависимости от того, можно ли применять к частицам системы законы классической механики или поведение частиц системы нужно рассматривать с точки зрения квантовой механики. Первые работы по статистической механике были выполнены при описании микросостояния с помощью классической механики, причем был получен ряд ценных результатов, но вскоре выяснилось, что применение последней оказывается законным только в предельных случаях. Более общие результаты, хорошо оправдывающиеся на опыте, получаются при применении квантовой механики. Статистическая физика, основанная на применении классической механики, оказывается частным случаем статистической физики, основанной на применении квантовой механики. [c.285]

Обычно В курсах термодинамики рассматривают три закона первый, второй и третий — они составляют основу изучаемой дисциплины. Однако сейчас все чаще вводят в изложение термодинамики закон термического равновесия, сформулированный Р. Фаулером в 1931 г., т. е. много позже установления основных законов. Поскольку нарушать установившуюся традиционную нумерацию основных принципов было крайне нецелесообразно, новый закон и получил мало удачное название нулевого. Он сформулировал так две системы, находящиеся в термическом равновесии с третьей системой, состоят в термическом равновесии друг с другом. На первый взгляд зто положение может показаться достаточно очевидным и даже тривиальным. Однако это не так. Этот закон нельзя отнести, например, к химическому равновесию. Так, аммиак (I система) и хлористый водород (II система) могут находиться в равновесии с азотом (III система). Однако между собой они будут, как известно, быстро реагировать. [c.32]

Следствием закона сохранения энергии является первое начало термодинамики, которое можно сформулировать так в изолированной системе сумма всех видов энергии постоянна. Изолированной системой в термодинамике называется система с постоянным объемом, которая не находится во взаимодействии с окружающей средой. Система с переменным объемом, взаимодействующая с окружающей средой, называется открытой термодинамической системой. [c.286]

Термодинамика в широком смысле слова имеет дело 1) с энергией и ее превращ,ениями и 2) с процессами и состояниями равновесия в системах, в которых имеют место тепловые эффекты. Чистая термодинамика базируется на двух основных законах, которые выведены и всесторонне испытаны во второй половине XIX в. Третий закон установлен уже в текущем столетии несмотря на присущий ему характер основного закона, его применение значительно более ограничено, чем применение двух других законов. Третий закон находит главное приложение в области химического равновесия и будет особо рассматриваться в главе, посвященной этому вопросу. Здесь же достаточно отметить, что тогда как первый и второй законы приводят к определению функций, третий закон в сущности просто ограничивает значение одной из них (энтропии). [c.45]

В предыдущем параграфе было показано, что для нахождения сопряженных потоков и сил нужно подсчитать возникновение энтропии ЛS, которое получилось в результате процесса. Сейчас не требуется подробно объяснять, как это получится, так как в главах III —X дается несколько примеров. Существует два обычных способа подсчета выражения (6). В первом из них определяется изменение энтропии в адиабатически изолированной системе по равенству (3), после чего находится возникновение энтропии по уравнению (6). Во втором способе из уравнения баланса энтропии для макросистемы находится выражение возникновения энтропии. Исходя из особенностей конкретной задачи, устанавливается, какой из двух методов удобнее использовать в том или другом случае. В обоих вариантах приходится пользоваться законом сохранения массы, энергии, количества движения и вторым законом термодинамики в форме равенства. [c.27]

Задачи практики требуют сведений о возможности протекания химических реакций, о полноте их завершения, т. е. о выходе продуктов. Такие задачи связаны с предсказанием направления процессов, и они не могут быть решены на основе первого закона термодинамики. Простейший пример смесь газов — неон и аргон — находится в одном сосуде и представляет собой изолированную систему. Возможно ли самопроизвольное разделение этих газов Так как внутренняя энергия системы в целом не изменяется, то этот процесс не противоречил бы первому закону термодинамики. Подобным же образом этот закон не позволяет предсказать направление реакции СаСОз (т)=СаО (т)4-С02 (г) при тех или иных параметрах состояния (например, р и 7). Он ограничивается лишь утверждением, что слева направо реакция [c.18]

В процессе нагревания твердого тела прп постоянном давлении можно достичь температуры, ири которой происходит плавлеипе, причем температура сохраняется постоянной. Все подводимое тепло используется на изменения состояния системы, и дальнейшего повышения температуры не нроисхо-дит до тех пор, иока твердое тело полностью не расплавится. Температура, при которой происходит этот процесс, зависит от давления. Если давление равно 1 атм, эта температура называется точкой плавления если давление таково, что система жидкость — твердое тело находится в равновесии с собственным паром, то температура называется тройной точкой. Применяя первый закон термодинамики к процессам плавления ири постоянном давлении, можно видеть, что поглощенное тепло служит неносредствеиной мерой увеличения теплосодержания системы. Дпя 1 г-молъ [c.244]

Для оценки эффективности энерготехнологических процессов все более применение находят методы, основанные на совместном использовании первого и второго законов термодинамики. Это связано с тем, что обычно применяемая система КПД, базирующаяся на первом законе термодинамики, в соответствии с уравнением теплового баланса учитывает лишь количество тепла и не рассмафивает его качество. Однако [c.345]