Единицы энергии, работы и теплоты.

Дата: 2025-06-14; Просмотры: 5

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

Джоуль – единица энергии в системе СИ.

1 Дж = 1 кг_*м²_*с^-1

= 1 Н_*м

= 1 Вт_*с

= 1 Кл_*В (кулон _* вольт)

1 кал = 4,184 Дж

1 ккал = 1000 кал

= 4,184 кДж

Примеры:

1. Работа, которую необходимо совершить для поднятия груза массой 1 кг на высоту 1 м = 9,807 Дж.

2. Свободная энергия гидролиза 1 моля АТР (трифосфат аденозина – один из компонентов аденилатной системы, которая играет важную роль в энергообмене клеток) при рН = 7 составляет – 52,2 кДж или – 12,48 ккал.

3. Работа, которую необходимо совершить для повышения концентрации веществ в 1000 раз (например, от 10^-6 до 10^{-3 М), составляет 17,1 кДж или 4,09 ккал.}

4. Энергия некоторых веществ: в 1 г вещества содержится

Углеводы – 17 кДж

Глюкоза – 15,7 кДж

Липиды – 39 кДж

Белки – 17 кДж

Если процесс изохорный, т.е. если он совершается при постоянном объеме (V = const), то работа не совершается, поскольку при V = const, DV = 0 и, следовательно:

W = – P_*DV = 0

Знак минус в этом уравнении указывает на то, что система работает против сил внешней среды. В этом случае:

DU = Q_n ,

где Q_v – количество энергии (Дж/моль или кал/моль), выделенной или поглощенной системой в виде теплоты в ходе процесса при постоянном объеме. Теплота процесса равна изменению внутренней энергии системы и зависит только от конечного и начального состояния системы, т.е.

U₂ – U₁ = DU = Q_n

В реальной жизни часто встречаются изобарные процессы, протекающие при постоянном давлении (Р = const), например, химические реакции, идущие при атмосферном давлении. Изменение внутренней энергии систе­мы в этом случае будет равно

DU = U₂ – U₁ = W + Q_p

где Q_p – количество энергии (Дж/моль или кал/моль), выделенной или поглощенной системой в виде теплоты в ходе процесса при постоянном давлении. Поскольку в ходе процессов, идущих при Р = const объем системы изменяется, то работа в таких процессах будет равна величине

W = – P_*(V₂ - V₁)

Отсюда:

U₂ – U₁ = Q_p – P_*(V₂ - V₁)

В результате тепловой эффект процесса, протекающего при Р = const будет равен Q_p = U₂ – U₁ + P_*(V₂ - V₁)

Q_p = (U₂ + P×V₂) – (U₁ + P×V₁)

Величина (U + P×V) обозначается буквой Н и называется энтальпией. Энтальпия, также как внутренняя энергия, является функцией состояния, т.е. изменение энтальпии (DН = H₂ – Н₁) при переходе системы из состоя­ния 1 в состояние 2 при постоянном давлении не зависит от пути пере­хода, а зависит только от величин энтальпии в конечном (2) и началь­ном (1) состояниях. Таким образом, тепловой эффект процесса, идущего при постоянном давлении будет равен:

Q_p = H₂ – Н₁ = DН

Следует отметить, что физико-химический смысл функций “внутренняя энергия” и “энтальпия” одинаков. Термин “внутренняя энергия” используется для энергетической характеристики процессов, идущих при V = const, а “энтальпия” – для процессов, идущих при P = const. При этом для конденсированных систем DН = DU, для газов DН ≠ DU.

Первое начало термодинамики дает только энергетическую оценку процессов, протекающих при постоянном объеме или постоянном давлении, но не дает никаких указаний о направлении процесса и предела, до которого изучаемый процесс может идти самопроизвольно. На эти вопросы отвечает второе начало термодинамики посредством новой термодинамической функции, которая называется энтропия и обоз­начается латинской буквой S.

Наблюдения и опыт показывают, что процессы, происходящие в природе, идут в определенном направлении. Жидкость течет от высокого уровня к более низкому, вещество диффундирует из области большей концентрации к меньшей, теплота переходит от тела с более высокой температурой к телу с менее высокой и т.д. Все эти процессы происходят самопроизвольно. Второе начало термодинамики гласит: