Термодинамические расчеты в электронных таблицах в составе учебного мультимедийного комплекса, страница 6

При последующих обращениях к Microsoft Query для выбора информации по другим веществам работу можно существенно упростить. Теперь, при появлении окна «Выбор источника данных» активизируйте ярлычок «Запросы». В окне должны появиться имена сохраненных запросов Init и Termo. Выберите нужный и нажмите кнопку «Открыть». Вся предварительная работа была сделана при создании запроса, осталось только изменить формулы интересующих веществ. Это можно сделать либо редактируя названия веществ в окне «Условия», либо непосредственно в запросе SQL, который можно вывести на экран, нажав кнопку с таким названием. Появившееся окно фактически является окном текстового редактора, позволяющего корректировать запрос в целом или любой его компонент.

Рис. 6. Вывод окна запроса на языке SQL к таблице Termo с использованием Microsoft Query для реакции восстановления гематита до железа водородом. Прямо в этом окне запрос можно редактировать.

Условия выбора информации сформулированы в конце запроса, после ключевого слова WHERE. Для приведенной в качестве примера реакции они имеют вид:

WHERE (Termo.Sub In ('Fe2O3';'FeO';'H2';'H2O'))

Для другой реакции надо аккуратно заменить формулы реагентов, выделенные апострофами (сохранив при этом апострофы). Например, для реакции горения водорода, условия должны выглядеть так:

WHERE (Termo.Sub In ('H2';'O2';'H2O'))

После нажатия на кнопку ОК будет выполнен измененный запрос.

3. РАСЧЕТЫ В ЭЛЕКТРОННЫХ ТАБЛИЦАХ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВЕЩЕСТВ И РЕАКЦИЙ ПРИ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ

Изменение важнейших термодинамических свойств веществ энтропии, энтальпии, энергии Гиббса с температурой определяется зависимостью теплоемкости этих веществ от температуры, температурами и изменениями энтропии при агрегатных и полиморфных превращениях. Корректный учет этих зависимостей и составляет основную проблему высокотемпературных термодинамических расчетов. Электронные таблицы с их мощными вычислительными возможностями, встроенными сервисами, средствами для упрощения ввода формул, наглядного представления любого вида информации, позволяют решить эту проблему в полной мере. В этом разделе излагаются основные приемы работы в электронных таблицах при организации прямых расчетов по термодинамическим соотношениям и расчетов с использованием специальных термодинамических функций разной степени интеграции.

3.1. ПРЯМЫЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ

Термин прямые вычисления, в данном случае, использован для обозначения расчетов значений термодинамических свойств в зависимости от температуры. Это наиболее часто встречающаяся задача и именно для нее обычно излагаются алгоритмы решения, разработанные в рамках термодинамики. Обратная задача – расчет температуры по известному значению свойства в вычислительном отношении существенно сложнее. Она рассматривается в следующем разделе.

3.1.1. Непосредственные вычисления

Рассмотрим организацию непосредственных вычислений в электронных таблицах, т.е. без использования специальных функций, по формулам температурных зависимостей термодинамических свойств веществ на примере расчета изменения энтальпии.

Допустим, в системе находится один моль некоторого вещества и происходит его нагрев при постоянном давлении. В соответствии с первым законом термодинамики в процессах, происходящих при постоянном давлении, все тепло расходуется на изменение энтальпии системы, поэтому

                                                   (1)

Учтем, что изменение теплоемкости с температурой описывается полиномом вида:

                                            (2)

где bj – некоторые постоянные, значения которых присутствуют в базе данных. Интегрирование уравнения (1) с учетом (2) при нагреве от температуры Т1 до температуры Т2 приводит к следующему выражению для изменения энтальпии с температурой:

                         (3)

Здесь в промежуточных выражениях знаки интегрирования и суммирования поменяли местами, поскольку интеграл суммы равен сумме интегралов.

Для вычислений в электронных таблицах дальнейшая детализация формулы не нужна, поскольку при определенной организации расчетов можно реализовать непосредственно результирующее выражение.