ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ

Наука » Химия

В 1840 г. немецкий врач Юлиус Ро­берт Майер (1814—1878) работал на острове Ява. В те годы обычной ме­дицинской процедурой было крово­пускание. Майер обратил внимание на то, что венозная кровь матросов, которых он лечил, светлее, чем была в северных широтах, и близка по цве­ту к артериальной. Майер знал: изме­нение окраски крови связано с погло­щением кислорода (насыщенная кислородом артериальная кровь свет­лее лишённой кислорода венозной). Учёный смог дать правильное объяс­нение обнаруженному им явлению. В жарком климате для поддержания постоянной температуры тела орга­низм должен вырабатывать меньше теплоты, поэтому на окисление пищи расходуется меньше кислорода и кровь почти не темнеет.

В 1842 г. Майер сформулировал важнейший для термодинамики вы­вод о том, что теплота и работа мо­гут превращаться друг в друга. Кроме того, он впервые установил количе­ственное соотношение между тепло­той и работой, вычислив так называ­емый механический эквивалент теплоты.

Формулирование первого закона термодинамики завершил в 1850 г. немецкий физик Рудольф Юлиус Эмануэль Клаузиус (1822—1888). Из принципа эквивалентности теплоты и работы, заключил он, следует, что система обладает особым свойством, изменение которого равно алгебраи­ческой сумме теплоты и работы.

Позднее это свойство получило на­звание внутренней энергии.

Итак, первый закон термодинами­ки утверждает:

Любое физическое тело име­ет внутреннюю энергию U, которую можно увеличить двумя способами — подводя к телу теплоту Q или про­изводя над ним работу А: DU=Q+A. 

Справедливо и обратное утвержде­ние: если система производит работу А мят теряет теплоту Q, то её внутрен­няя энергия уменьшается на величину А или Q. Для закрытой системы это единственно возможные способы из­менения её внутренней энергии.

Внутренняя энергия считается по­ложительной (DU> 0), когда система получает энергию, и отрицательной (DU<0), когда теряет. То же относит­ся к Q и А: если теплота поступает в систему или работа совершается над системой, то они положительны, ес­ли наоборот — отрицательны.

 

Рудольф Юлиус

Эмануэль Клаузиус.

  

По конечному состоянию системы нельзя определить, что повлияло на изменение её внутренней энергии: теплота или работа. Эти вклады «обез­личиваются». Внутренняя энергия «хранится» в виде кинетической энер­гии движения атомов, ионов и моле­кул, потенциальной энергии химиче­ских связей, внутриядерных сил и т. д. Таким образом, первый закон термо­динамики является, по существу, зако­ном сохранения энергии примени­тельно к процессам, связанным со взаимными превращениями теплоты и работы.

Внутренняя энергия является свойством системы и зависит только от её состояния (иными словами, это функция состояния системы). Хотя невозможно определить абсо­лютное значение внутренней энер­гии, для термодинамики важно знать её изменение DU в конкретном про­цессе.

Величина A обозначает любой вид работы; в химической термодинами­ке чаще всего рассматривается рабо­та расширения, направленная против внешнего атмосферного давления р. И если изменение объёма системы при расширении DV=V2-V1 то ра­бота расширения A=-pDV(знак «ми­нус» означает, что при совершении работы система теряет энергию).

Теплота и работа, в отличие от внутренней энергии, не являются свойствами системы, они характери­зуют только процесс передачи энер­гии. Передача теплоты или соверше­ние работы осуществляются при взаимодействии системы с окружаю­щей средой. При этом работа являет­ся количественной мерой передачи упорядоченного движения, а тепло­та — неупорядоченного, хаотического движения молекул. До начала процес­са или после его завершения нельзя говорить о том, что в системе содер­жится теплота или работа.

Особенно наглядно это видно на примере химических процессов. Теп­лота, выделяющаяся в ходе реакции, не содержится в исходных веществах (теплоты, возникающей при горе­нии топлива, в самом топливе нет). Откуда же она берётся? Ответ таков:

в процессе химической реакции про­исходит перегруппировка атомов, разрыв одних химических связей и образование других, в результате чего внутренняя энергия системы изменя­ется, и это изменение DUвыделяется в окружающую среду в виде теплоты.



Источник: Мир Энциклопедий Аванта+
Авторы: Андрей Дроздов, Илья Леенсон, Дмитрий Трифонов, Денис Жилин, Александр Серов, Андрей Бреев, Андрей Шевельков, Вадим Ерёмин, Юлия Яковлева, Оксана Рыжова, Виктория Предеина, Наталья Морозова, Алексей Галин, Сергей Каргов, Сергей Бердоносов, Александр Сигеев, Оксана Помаз, Григорий Середа, Владимир Тюрин, Антон Максимов, Вячеслав Загорский, Леонид Каневский, Александр Скундин, Борис Сумм, Игнат Шилов, Екатерина Менделеева, Валерий Лунин, Абрам Блох, Пётр Зоркий, Александр Кури, Екатерина Иванова, Дмитрий Чаркин, Сергей Вацадзе, Григорий Серела, Анастасия Ростоцкая, Александр Серое, Анастасия Сигеева
Авторское право на материал
Копирование материалов допускается только с указанием активной ссылки на статью!

Похожие статьи

Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.