Химическая термодинамика Химическая термодинамикаСтраница 10
В самом деле, заменяя dQ на изменение внутренней энергии и работы dQ=dU+pdv, можно записать
(18)
Если U=const и v = const, то в идеальном процессе dS=0, что, по существу, определяет равновесие системы (обратимый процесс), и в этом случае энтропия стремится к максимальному значению:
S→Smax.
Приращение энтропии определяется развитием необратимых процессов, протекающих самопроизвольно, которые прекращаются только при достижении равновесия в системе.
Однако требование постоянства внутренней энергии системы исключает возможность использования только одной этой функции для исследования химических реакций, при которых внутренняя энергия веществ, составляющих систему, неизбежно меняется.
Гиббс предложил другую термодинамическую функцию, исследуя которую можно определить направление процессов в системе, стремящейся к равновесию при T=const и p=const:
G=H¾TS (19)
где G — энергия Гиббса (или термодинамический потенциал, как назвал эту функцию Гиббс); Н—энтальпия; S—энтропия; Т— абсолютная температура.
Опуская все математические исследования термодинамической функции G, можно считать, что функция G для системы, стремящейся к равновесию, убывает, при достижении равновесия она принимает минимальное значение (G→Gmin), а ее приращение обращается в нуль (ΔG=0).
ЭНТРОПИЯ
Наиболее информативной термодинамической функцией в уравнении (19) является энтропия S.
Значение энтропии легко определить только для состояния идеального газа. Используем для вычисления S уравнение (18), где dU — изменение внутренней энергии, равное для идеального газа СvdT т.е. теплоемкости при постоянном объеме, умноженной на приращение температуры: pdv — приращение работы, которое можно представить как
, заменив р на RT/v. Отсюда
(20)
После интегрирования в пределах 0¾T получаем
(21)
|
рис. 2 Схема для расчета энтропии при самопроизвольном смешивании двух газов. |
где ST — энтропия при температуре Т; S0 — энтропийная постоянная; Сv — теплоемкость при постоянном объеме; v — молярный объем. Таким образом, энтропия моля идеального газа является функцией Т и р (так как молярный объем зависит от Т и р). Выражение (21) применимо лишь для чистого идеального газа, так как для смесей газов, даже при отсутствии между ними химических реакций, энтропия смеси будет возрастать за счет необратимых процессов диффузии, приводящей к распределению компонентов по всему объему газовой смеси. Рассмотрим процесс самопроизвольного смешения двух газов. Пусть в двух частях объема, разделенного перегородкой r (рис. 2, а), находится n1 молей первого газа и n2 молей второго газа при р, Т=const. |
СЕНА (Seine) , река во Франции. 776 км, площадь бассейна 78,6 тыс. км2. Течет преимущественно по Парижскому бас., впадает в прол. Ла-Манш, образуя эстуарий. Средний расход воды 400-500 м3/с, зимние паводки; в нижнем течении испытывает влияние приливов. Судоходна ниже г. Труа. Соединена каналами с Шельдой, Маасом, Рейном, Соной, Луарой. На Сене - города Париж, Руан; в эстуарии - порт Гавр.
ЧАСЫ , прибор для отсчета времени. В часах используются постоянные периодические процессы: вращение Земли (солнечные часы), колебания маятника (механические и электромагнитные часы), камертона (камертонные часы), пластинки кварца (кварцевые часы), переход атомов из одного энергетического состояния в другое (квантовые часы). Измерение времени часами сводится к измерению числа периодов используемого процесса (напр., качания маятника). Часы условно подразделяют на бытовые (наручные, карманные, настольные, настенные и др.) и специальные (напр., секундомеры, хронометры). Первыми часами были солнечные; во 2-м тыс. до н. э. появились водяные часы; первые упоминания о механических часах относятся к кон. 6 в.; современные механические часы созданы Х. Гюйгенсом в 1657; в 70-х гг. 20 в. получили распространение электронные кварцевые часы с цифровой индикацией, напр. на жидких кристаллах.
ТЕЛЕМЕХАНИКА (от теле ... и механика),..1) наука об управлении и контроле на расстоянии с передачей (по каналу связи) кодированных электрических или радиосигналов, несущих управляющую информацию или данные о состоянии контролируемого объекта. Объектами телемеханического управления и контроля могут служить технологические процессы, машины, устройства, биологические системы и др...2) Отрасль техники, разрабатывающая, создающая и использующая средства кодирования, передачи и приема информации по каналам проводной и радиосвязи. В системах телемеханики информация обычно передается в кодированном виде по одному каналу связи. Средства телемеханики используются для телеизмерений и телеуправления объектами энергосистем, газо- и нефтепроводов, атомных электростанций, некоторых химических предприятий, автоматических метеостанций и др.