Основные определения и положения химической термодинамики. Взаимосвязь между основными законами, страница 4

Величину работы и количество теплоты обычно используют в качестве количественных характеристик энергии, переданной от одной системы к другой.

Теплоту, работу и  энергию измеряют в одних и тех же единицах, в Дж.

При обработке термодинамических данных, представленных в дифференциальной форме, оперируют с понятием элементарная работа. Эта характеристика представляет собой бесконечно малое количество работы, т.е. dW. Величину dW рассчитывают, через произведение обобщенной силы Х на бесконечно малую величину обобщенной координаты dx[6]. Поэтому расчеты работы различных видов однотипны (см. табл.2.2).

Таблица 2.2

Расчетные формулы для разных видов работы

*Знак минус показывает, что при  совершении работы затрачивается энергия.

В термодинамике обычно работу расширения идеального газа обозначают символом W_р, а остальные виды работы (полезная работа) символом W’. Поэтому величину полной работы можно записать следующим образом:

dW = dW’ + pdV(2.7)

Для одного и того же процесса в данной системе полная работа, а значит и ее составляющие могут принимать различные значения от нуля до некоторого максимума. Эти значения зависят от характера процессов, происходящих как в системе, так и в окружающей среде.

Следует отметить, что приведенные в таблице дифференциальные уравнения дают общий подход к расчету  работы. Расчетные выражения, пригодные для практического использования можно получить в результате интегрирования соответствующих уравнений для конкретных условий, которые совпадают с условиями интегрирования.

В таблице  2.3 представлены в качестве примеров результаты интегрирования дифференциального уравнения, описывающего работу расширения идеального газа.

Таблица 2.3

Результаты интегрирования уравнения dW = pdV

Следует отметить, что, если в процессе расширения газа его давление не остается постоянным, то максимальную работу можно рассчитать суммированием работ, производимых системой на малых отрезках пути, в пределах каждого из которых давление (p_i) можно считать постоянным, т.е.:

                                            (2.8)

Типовой пример

Определите работу изобарного расширения 3 моль идеального газа при нагревании от 298 К до 400 К.

Решение. 

Работу изобарного расширения идеально газа можно определить с учетом того, что для идеального газа имеем  W = pΔV и того, что pV = nRT,      можно получить расчетную формулу следующего вида:

W = nR ·(T₂  - T₁) = 3·8,31·(400 -298) =

Состояние системы и способы его описания

Термодинамическая система всегда находится в некотором состоянии, которое характеризуется - определенной совокупностью всех физических и химических свойств системы.