Реферат: визначення термодинамічних властивостей різних речовин і матеріалів

Через те що питома масова теплоємність досить поширена в техніці, для неї історично було введено багато позасистемних одиниць. Нині всі вони є не допустимі до застосування. Наведемо найуживаніші з них.

1 ерг/(г ·oC) = 10-4 Дж/(кг·K); 1 ккал/(кг·oC) = 4,187·103 Дж/(кг·K);

1 кал/(г·oC) = 4,187·103 Дж/(кг·K); 1 Бто/(фунт·oF) = 4,187·103 Дж/(кг·K).

Залежно від процесу передавання теплоти тілу (системі) розрізняють різні види питомої (масової) теплоємності, визначення яких випливають з їхніх назв:

7.1.1. питома (масова) теплоємність при постійному тиску - [cp]; (massic heat capacity at constant pressure, удельная теплоемкость при постоянном давлении);

7.1.2.питома (масова) теплоємність при постійному об’ємі - [cV]; (massic heat capacity at constant volume, удельная теплоемкость при постоянном объеме);

7.1.3. питома (масова) теплоємність при кипінн і - [csat]; (massic heat capacity at saturation, удельная теплоемкость при кипении).

7.2. Питома об’ємна теплоємність - [Сv]; (heat capacity per unit volume, удельная объемная теплоемкость) - фізична величина, що дорівнює добутку питомої (масової) теплоємності c тіла (системи) та густини речовини r за умови незмінності об’єму тіла (системи): Сv=cr

dim Сv = L-1MT-2-1, [Сv] = 1 Дж/(м3'K).

Джоуль на кубічний метр-кельвін (J/(m3·K), Дж/(м3·K)) дорівнює питомій об’ємній теплоємності тіла (системи), яке має питому масову теплоємність 1 Дж/(кг·К) та густину 1 кг/м3.

Зауважимо, що майже таким самим символом (CV) – позначається вживана набагато частіше, ніж питома об’ємна теплоємність, величина - молярна теплоємність при постійному об’ємі. Якщо в тексті ці величини зустрічаються разом, то для питомої об’ємної теплоємності краще застосовувати інший символ.

7.3. Відношення питомих (масових) теплоємностей - []; (ratio of the massic heat capacities, отношение удельных теплоемкостей) - фізична величина, що дорівнює відношенню питомої (масової) теплоємності при

постійному тиску cp до питомої (масової) теплоємності при постійному об’ємі cV:= cp/cV. тdim = 1, [] = 1.

8. Ентропія - [ S ]; (entropy, энтропия) - функція стану системи, диференціал якої в елементарному оборотному процесі дорівнює відношенню нескінченно малої теплоти dQ, переданої системі, до її абсолютної температури T:

dS = dQ/T

Ентропію пов’язано зі статистичною вагою стану системи W (див. підрозд.4.8) згідно з формулою Больцмана S = kВ·lnW, де kВ - стала Больцмана. Це співвідношення дозволяє надати ентропії фізичного змісту міри безладдя, хаосу в системі. Згідно з другим законом термодинаміки в ізольованих системах можливий довільний перебіг лише таких процесів, у яких ентропія системи не зменшується. У рівноважному стані ентропія ізольованої системи максимальна

.dim S = L2MT-2-1, [S] = 1 Дж/K.Джоуль на кельвін (J/K, Дж/K) - дорівнює зміні ентропії системи, яка має температуру n K, коли протягом ізотермічного процесі цій системі надається кількість теплоти n Дж (n -довільне ціле число).Рекомендованою кратною одиницею ентропії є кДж/K.

9.Термодинамічний потенціал - [-]; (thermodynamic potential, термодинамический потенциал) - характеристична функція стану системи, зміна якої в рівноважному (оборотному) процесі, що перебігає при незмінних значеннях визначеної пари термодинамічних параметрів, дорівнює повній роботі, яку виконала система, за винятком роботи проти зовнішнього тиску.

З визначення термодинамічного потенціалу випливає, що він має розмірність та одиницю теплот Джоуль (J, Дж) - дорівнює термодинамічному потенціалу, еквівалентному теплоті 1 Дж.Розглянемо найуживаніші в термодинаміці потенціали.

9.1.Внутрішня енергія, термодинамічна енергія - [U, E]; (thermodynamic energy, внутренняя энергия) - енергія, яка залежить лише від термодинамічного стану системи.З першого закону термодинаміки випливає, що зміна DU внутрішньої енергії ізольованої термодинамічної системи дорівнює сумі теплоти Q, яку передано системі, та роботи А, виконаної над цією системою:

DU = Q + A.Внутрішня енергія є термодинамічним потенціалом системи, якщо незалежними змінними обрано ентропію S та об’єм V (ізохорно-ізентропійний потенціал). З погляду статистичної фізики, внутрішня енергія є сумою кінетичної енергії хаотичного руху частинок та мікрочастинок речовини, міжмолекулярної енергії, внутрішньомолекулярної, тобто хімічної енергії, внутрішньоатомної й внутрішньоядерної енергій частинок, що складають систему, енергії електронного збудження й гравітаційної енергії зазначених частинок.

9.2Ентальпія - [ H , I ]; ( enthalpy , энтальпия) - функція стану термодинамічної системи, що дорівнює сумі її внутрішньої енергії U та добутку тиску p і об’ємуVсистемиH = U + pV. Ентальпія є термодинамічним потенціалом системи, якщо незалежними змінними обрано ентропію S і тиск p (ізобарно-ізентропійний потенціал).Ентальпія має також назви "тепловміст", "теплова функція", що не рекомендовані до застосування.

9.3. (Вільна) енергія Гельмгольца - [F, A]; (Helmholtz free energy, (свободная) энергия Гельмгольца) - функція стану термодинамічної системи, що дорівнює різниці між її внутрішньою енергією U та добутком температури Т і ентропії S системи:

F = U - TS.

Енергія Гельмгольца є термодинамічним потенціалом системи, якщо незалежними змінними обрано температуру Т системи та її об’єм V (ізохорно-ізотермічний потенціал).

Вільна енергія має також назви "ізохорний потенціал", "вільна енергія", що не рекомендовані до застосування. Допустимо вживати назву "функція Гельмгольца".

9.4. (Вільна) енергія Гіббса - [G, Ф]; (Gibbs free energy, энергия Гиббса) - функція стану термодинамічної системи, яка визначається співвідношенням

G = H + pV - TS.Енергія Гіббса є термодинамічним потенціалом системи, якщо незалежними змінними обрано температуру системи Т та її тиск р (ізобарно-ізотермічний потенціал).нергія Гіббса має також назви "ізобарний потенціал", "вільна ентальпія", які не рекомендовані до застосування. Допустимо вживати назву "функція Гіббса".Як зазначалось, усі термодинамічні потенціали мають таку саму одиницю та розмірність, що й теплота

9.5.Питомий (масовий) термодинамічний потенціал - [u, h, f, g]; (massic thermodynamic potential, удельный термодинамический потенциал) - фізична величина, що дорівнює відношенню термодинамічного потенціалу системи до її масиБудь-який питомий масовий термодинамічний потенціал має розмірність L2T-2, а його одиницею є Дж/кг. Рекомендовано такі кратні одиниці питомого масового термодинамічного потенціалу: кДж/кг, MДж/кг.