Презентация на тему: Термодинамика

* Предмет физической химии. Первый закон термодинамики Термодинамические системы и термодинамические параметры. Внутренняя энергия, энтальпия, теплота и работа. Первое начало термодинамики. Работа и теплота в различных процессах объем давление температура 900igr.net

* Что изучает физическая химия? Физическая химия - это наука о законах химических процессов и химических явлениях. Законы и положения физической химии используются чтобы объяснить и понять физические и химические свойства материи. Физическая химия объясняет явления, которые основаны на физических законах и дает количественное описание химических процессов. Внешняя среда Система Энергия Энергия

* Что такое термодинамика? Термодинамика - это раздел физической химии об использовании и превращениях энергии. Основные постулаты термодинамики: 1. Система приходит в состояние равновесия при постоянных внешних условиях на границе с течением времени. (t → ∞). 2. Все свойства термодинамической системы (включая внутренние параметры) – являются функцией внешних параметров и состава системы.

* Структура термодинамики Нулевой закон термодинамики Первый закон термодинамики Второй закон термодинамики Третий закон термодинамики Применение законов термодинамики Термохимия Закон Гесса Работа процесса Определение абсолютного значения энтропии Уравнение Гиббса- Гельмгольца при Поверхностные явления Гетерогенное равновесие Гомогенное равновесие Равновесные процессы Равновесие в растворах Электро- химические процессы

* Что такое термодинамическая система? Термодинамическая система – это тело (или несколько тел) которое может обмениваться энергией с другими телами или веществами, отделенное от внешней среды реальной или воображаемой оболочкой. Термодинамическая система изолированная закрытая открытая Гомогенная Гетерогенная

* Термодинамическая система Система Окружающая среда -Реакционный сосуд -Двигатель -Электрохимическая ячейка -Биологическая клетка

* Типы термодинамических систем Энергия системы - это ее способность совершать работу система вещество закрытая изолированная вещество энергия Внешняя среда энергия открытая вещество энергия

* Что такое термодинамический процесс? Термодинамический процесс – это изменение состояния термодинамической системы, которое сопровождается изменением хотя бы одного из параметров. изотерма изобара давление температура объем

* Термодинамические процессы Классификация термодинамических процессов Способность достигать равновесия Самопроизвольный Несамопроизвольный Способность процесса происходить Экзотермический (выделение теплоты) Эндотермический (поглощение теплоты) Признак классификации Поглощение или выделение теплоты Изотермический Изобарный Изохорный Адиабатический Один параметр постоянный Обратимый (равновесный) Необратимый (неравновесный)

* Что такое термодинамический параметр? Термодинамический параметр - это величина, которая описывает состояние термодинамической системы (температура, давление, объем). Термодинамический параметр Интенсивный Не зависит от количества вещества в системе Экстенсивный зависит от количества вещества в системе

* Температура Температура T, это параметр который указывает на направление движения энергии Температура – это свойство, которое говорит о том, могут ли два объекта быть в тепловом равновесии. Высокая температура Низкая температура Диатермичная граница Энергия в виде теплоты Равные температуры Высокая температура Низкая температура

* Закон теплового равновесия Если объект А находится в тепловом равновесии с объектом В, а объект В находится в тепловом равновесии с объектом С, то объект С тоже находится в тепловом равновесии с объектом А. Равновесие Равновесие Равновесие

* Давление Давление P, это параметр, который говорит о направлении движения материи (вещества). Давление – это свойство, которое говорит о том, могут ли два объекта быть в механическом равновесии. Высокое давление Высокое давление Низкое давление Низкое давление движение Равные давления Подвижная стенка

* Закон Менделеева-Клапейрона Закон Менделеева-Клапейрона: pV = constant x nT pV = nRT R – газовая постоянная изотерма изобара давление температура объем

* Смеси газов Закон Дальтона: давление, создаваемое смесью идеальных газов – это сумма парциальных давлений газов. P = pA + pB + … Для каждого газа J: Парциальное давление - это давление, которое создает газ, если он только один присутствует в контейнере. Pj

* Смеси газов Мольная доля и парциальное давление Мольная доля, xJ это количество вещества J отнесенное к общему количеству моль в смеси, n: Парциальное давление, pJ : Общее давление Парциальное давление В Давление, р Мольная доля Парциальное давление А

* Законы реальных газов Уравнение Ван-дер-Ваальса: Молярный объем объем давление температура

* Работа: основные понятия Если объект движется против приложенной силы, то он совершает работу. Пример: работа расширения газа Другие примеры? работа теплота теплота

* Теплота: основные понятия Если энергия системы изменяется в результате разности температур между системой и внешней средой, то энергия передается в виде теплоты, Q. Не все границы позволяют передачу энергии. Диатермическая (теплопрозрачная) граница позволяет передачу энергии в виде теплоты. Адиабатическая граница не позволяет передачу теплоты. Диатерми- ческая граница Адиабати- ческая граница Энергия в виде теплоты Энергия

* Эндотермические и экзотермические процессы Процессы: Экзотермические Эндотермические Изотермические Примеры? Что происходит с теплотой и температурой в экзотермических, эндотермических и изотермических процессах? Изотерми- ческий процесс теплота теплота

* В чем разница между работой и теплотой? Обоснование на молекулярном уровне Теплота это передача энергии вследствие хаотичного (беспорядочного) движения молекул (теплового движения) Работа это передача энергии вследствие организованного (упорядоченного ) движения молекул. Внешняя среда Внешняя среда Система Энергия Система Энергия Энергия Энергия

* Внутренняя энергия: основные понятия Общая энергия системы называется ее внутренней энергией. Внутренняя энергия системы это сумма общей кинетической и потенциальной энергий молекул, составляющих систему. Обозначим ΔU изменение внутренней энергии если система переходит из начального состояния (U1) в конечное состояние (U2): ΔU = U2 – U1

* Внутренняя энергия: основные понятия Внутренняя энергия является функцией состояния (переменной состояния). Изменение термодинамических параметров приводит к изменению внутренней энергии. В термодинамике энергия процесса считается положительной если внутренняя энергия системы увеличивается в ходе процесса. Переменная (функция) состояния – величина, которая зависит только от состояния системы в начальном и конечном состоянии и не зависит от пути процесса.

* Измерение внутренней энергии Калориметрия Калориметр – прибор для измерения внутренней энергии ΔU Q = CΔT C – константа калориметра Q = IEt I – ток, A E – потенциал, В t – время, с Ввод кислорода термометр запуск вода проба нагреватель

* Закон сохранения энергии Энергия не возникает и не исчезает, а только переходит из одной формы в другую. В любой изолированной системе запас энергии остается постоянным Разные формы энергии переходят друг в друга в строго эквивалентных количествах.

* Первый закон термодинамики Полученная системой из внешней среды теплота расходуется на увеличение внутренней энергии и на совершение работы. δQ = dU + δW Вечный двигатель первого рода невозможен, т.е. невозможно построить машину, которая дает работу без затрат соответствующего количества теплоты

* Первый закон термодинамики Изменение внутренней энергии системы может происходить при обмене теплотой и работой с внешней средой. U = δQ − δW ± ΣδW Где ΣδW – сумма всех видов немеханической работы.

* Работа расширения Работа расширения – это работа, совершаемая при изменении объема Когда поршень из области A перемещается на расстояние dz, он изменяет объем на величину dV=Adz. Внешнее давление Pex равно весу, давящему на поршень и приложенной силе F=PexA Внешнее давление Внешнее давление перемещаемое расстояние, dz площадь давление

* Общее выражение для работы Работа, необходимая , чтобы переместить объект на расстояние dz против приложенной силы F равна: Работа, совершенная системой, считается положительной

* Работа расширения идеального газа при постоянном давлении Работа, совершаемая газом при расширении при постоянном давлении равна области на диаграмме (см рис.) давление площадь Объем, V

* Работа изотермического расширения идеального газа T=const

* Расширение идеального газа в различных процессах В изотермическом процессе: работа, совершаемая идеальным газом при изотермическом расширении равна площади под изотермой P=nRT/V. В изобарном процессе: работа, совершаемая при расширении газа равна площади давление площадь Объем, V

* Энтальпия: основные понятия δQ = dU + PdV δQ = d(U + PV) Теплота, которая выделяется при постоянном давлении равна изменению энтальпии , H. Энтальпия – термодинамическое свойство системы H = U + PV Поскольку U, P и V являются функциями состояния, то энтальпия – тоже функция состояния. H = QP (при постоянном давлении) работа теплота теплота

* Энтальпия идеального газа PV = ΔnRT H = U + PV = U + ΔnRT Δn – изменение моль молекул газа в реакции. 2H2(г) + O2(г) = 2H2O(ж) Δn = -3 моль ΔH – ΔU = ΔnRT = -3 8.31 298 = -7.5kДж

* Теплоемкость Внутренняя энергия вещества возрастает если температура повышается. (Кривая на графике характеризует теплоемкость). Производная поглощенной теплоты , отнесенная к температуре называется теплоемкостью. Температура Внутренняя энергия

* Теплоемкость при постоянном объеме Внутренняя энергия системы и объем изменяются при изменении температуры. Теплоемкость при постоянном объеме обозначается CV и определяется как : Объем Внутренняя энергия U Зависимость U от Т (V = const) Температура Зависимость U от Т

* Расчет CV Для идеального одноатомного газа: Для идеального двухатомного газа: Теплоемкость при постоянном объеме может быть использована, чтобы найти изменение внутренней энергии при изменении температуры (при V = const):

* Теплоемкость при постоянном давлении Теплоемкость при постоянном давлении – это наклон кривой на графике зависимости «энтальпия – температура» при P = const: Внутренняя энергия Энтальпия Температура

* Адиабатический процесс Первый этап: V – переменная T = constant Второй этап: T – переменная V = constant ΔU = CV (T2 – T1) = CV ΔT q = 0 ΔU = q + W ΔU =Wad Wad = CV ΔT Объем, V Температура V2 V1 Т1, V2 Т2, V2 Т1, V1 T2 T1

* Обратимое адиабатические расширение идеального газа

* Изменение температуры при обратимом адиабатическом расширении идеального газа Относительный объем V2 /V1 Относительная температура Т2 /Т1

* Уравнение адиабаты γ – отношение теплоемкостей Давление, Р Объем, V температура давление объем адиабата изотерма изотерма адиабата

* Работа и теплота в различных процессах Процесс изотермический изохорный изобарный адиабатический Работа Теплота Уравнение идеального газа