Джеймс Прескотт Джоуль - раздел Образование, ВЕЩЕСТВО И ЭЛЕКТРИЧЕСТВО Позднее Величина Механического Эквивалента Теплоты Несколько Раз Уточнялась....
Позднее величина механического эквивалента теплоты несколько раз уточнялась. Джоуль в 1843 г. получил значение 460 кГм, американский физик Генри Август Роуланд (1848—1901) в 1880 г. — 427 кГм, что практически не отличается от точного значения.
В Международной системе единиц (СИ) нет необходимости пользоваться понятием механического эквивалента теплоты, поскольку здесь для измерения как механической работы, так и тепловой энергии принята одна и та же единица — джоуль, названная в честь выдающегося английского учёного. Впервые джоуль был введён на II Международном конгрессе электриков ещё в 1899 г. в качестве единицы работы и энергии электрического тока. В настоящее время его используют для измерения любой энергии — механической, тепловой, энергии звуковых и электромагнитных волн, химических связей, реакций и т. д. Со старой тепловой единицей — калорией, которая была принята в термохимических расчётах, джоуль связан соотношением 1 кал = 4,184 Дж.
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 DU выделяется в окружающую среду в виде теплоты.
ТЕПЛОВЫЕ ЭФФЕКТЫ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ
Теплота, которая выделяется (или поглощается) при протекании химической реакции, называется её тепловым эффектом. Однако для точного определения теплового эффекта необходимо соблюдение некоторых условий. Прежде всего нужно, чтобы система не совершала никакой работы, кроме работы расширения. Теплота становится функцией состояния, только если реакция протекает при постоянном объёме или при постоянном давлении, а температуры реагентов и продуктов реакции равны.
Если реакция протекает при постоянном объёме (в закрытом сосуде), то DV=0 и А=-pDV=0. Тогда, обозначив символом Qvтепловой эффект, согласно первому закону термодинамики можно записать: DU=Qv+А=Qv, т. е. тепловой эффект реакции при постоянном объёме равен изменению внутренней энергии.
Однако чаще химические реакции проводят в открытых сосудах, т. е. при практически постоянном атмосферном давлении. В этом случае, обозначив тепловой эффект символом Qp, имеем: DU=Qp+A=Qp-pDV, Qp=DU+pDV
Полученное выражение можно упростить, если воспользоваться термодинамической функцией, которая называется энтальпией. Её обозначают буквой Н и определяют как H=U+pV. А название (от греч. «энтальпо» — «нагреваю») ввёл нидерландский физик Хейке Камерлинг-Оннес (1853 — 1926). Таким образом, Qp=DН, т. е. тепловой эффект реакции при постоянном давлении равен изменению энтальпии.
На сайте allrefs.net читайте: "ВЕЩЕСТВО И ЭЛЕКТРИЧЕСТВО"
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Джеймс Прескотт Джоуль
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
ВЕЩЕСТВО И ЭЛЕКТРИЧЕСТВО
В конце XVIII в. итальянские учёные Луиджи Гальвани (1737—1798) и Алессандро Во'льта (1745—1827) создали первый химический источник тока. С этого открытия в истории цивилизации началась новая эра
Опыт Л. Гальвани. Гравюра. 1791 г.
объяснения. Прежде всего следовало ответить на вопрос: почему при замыкании цепи из двух металлических проводков лапка сокращается, какой раздражитель вызывает сокращения? Гальвани дал правильный
Вольтов столб. Чертёж из рукописи А. Вольта.
кружки цинковыми, а картон — сукном. В результате получилась удобная компактная батарея.
Вольта обнаружил, что при сочетании меди и цинка получаются «сильные» элементы, а из меди и сере
Гемфри Дэви.
ризонтально в сухих узких деревянных ящичках. Батарея состояла из трёхметровых рядов, соединённых последовательно медными скобками. Теоретически подобное устройство из 2100 мелно-цинковых пар мо
Лаборатория М. Фарадея. Гравюра. XIX в.
Значение этого закона, совершенно чётко связывающего электричество с химическими свойствами веществ, трудно переоценить. Известный английский электрохимик, сконструировавший один из первых галь
Ряд напряжений металлов.
следующие, но ни один из предыдущих. Поскольку водород во многих отношениях близок к металлам, его тоже поместили в этот ряд — он оказался перед медью; однако сам водород металлы, как правило, н
ЭТИ ЗАГАДОЧНЫЕ КОЛЛОИДЫ
В середине XIX в. английский химик Томас Грэм (1805—1869) обнаружил вещества с загадочными свойствами. При выпаривании их растворов вместо кристаллов получались аморфные студенистые массы. Они име
Коллоидные растворы (золи) золота.
щелевой ультрамикроскоп, с помощью которого можно было разглядеть частицы диаметром менее 0,01 мкм. Они-то и выдвинули идею универсальности коллоидного, или дисперсного (от лат.
Пётр Александрович Ребиндер.
к единице площади, характеризует поверхностное натяжение с. Вот почему коллоидные частицы обладают избытком энергии по сравнению с той же массой сплошного вещества. «Лишняя» энергия делает колло
ТЕПЛО ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ
Важнейшая особенность химических процессов — образование новых веществ. Однако не менее важно и то, что они протекают с выделением или поглощением энергии. В первом случае реакции называются эк
И температуру, и крепость спиртных напитков измеряют в градусах.
Напоминания об этой теории сохранились даже в современном разговорном языке. Так, мы говорим, что теплота «течёт» от горячего тела к холодному, как будто речь идёт о жидкости. Слово «температура»
Эмануэль Клаузиус.
ЯЗЫК СОВРЕМЕННОЙ ТЕРМОДИНАМИКИ
Всякий объект, который изучает термодинамика, называется термодинамической системой. Система — это некоторая часть материального мира, ограниченная
Юлиус Роберт Майер.
«официальным» учёным, входящим в университетскую корпорацию. В конце концов Мор послал статью в Вену и... забыл о ней. Лишь спустя 30 лет он случайно обнаружил, что его работу всё-таки напечатали!
Герман Иванович Гесс.
КАК ИЗМЕРЯЮТ ТЕПЛОТУ
Количество теплоты измеряют по её переносу от одного тела к другому. Повышение температуры тела определяется его теплоёмкостью: С = Q/DT, где С — тепло
Живой организм — это тоже своего рода тепловая машина.
джоуль. Поскольку пища — разнородная смесь, её калорийность, как правило, приводят в виде средних значений в расчёте на 100 г.
Начало таким измерениям положили Антуан Лавуазье и Пьер С
БЫТЬ ИЛИ НЕ БЫТЬ РЕАКЦИИ? ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА
Едва ли найдётся другая научная теория, столь простая по своим основным идеям и столь универсальная по охвату разнообразных природных явлений и процессов, как термодинамика. Она объясняет плавле
Людвиг Больцман.
а воздух в комнате нагревается. Однако обратный процесс невозможен, хотя он и не противоречил бы первому закону.
Оказывается, правило таково: самопроизвольные процессы всегда сопровождаю
Уильям Томсон, лорд Кельвин.
Как видим, формулировки Клаузиуса и Кельвина накладывают определённые ограничения на использование теплоты для производства работы и обосновывают невозможность создания вечного д
Вечный двигатель. Старинная гравюра.
Таким образом, изменение энтропии является однозначным критерием самопроизвольности реакции, протекающей в изолированной системе:
DS>0 — реакция протекает самопроизвольно;
Энтропия — царица хаоса.
реакция протекает с увеличением числа молей газов в системе, то энтропия системы возрастает, и наоборот. Например, энтропия сильно увеличивается в реакции СаСО3=СаО+СО2 и у
СКОРОСТЬ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ
(CuОН)2СО3.
Золотые украшения сохраняют свою красоту и блеск веками. А вот брошенный на улице старый автомобиль спустя несколько лет превращается в груду ржавого м
Механизм бимолекулярной реакции.
*Изомеризация — изменение строения без изменения состава молекулы.
ТЕОРИЯ СТОЛКНОВЕНИЙ
Если реакции протекают при столкновении молекул, то скорость реакций должна напрямую
При нагревании.
где g — температурный коэффициент, который показывает, во сколько раз увеличивается скорость реакции при нагревании на 10 °С (или, что одно и то же, на 10 К).
Однако правило Вант-Гоффа спр
ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ
КОГДА РЕАКЦИЯ ОСТАНАВЛИВАЕТСЯ
Если смешать растворы кислоты и щёлочи, образуются соль и вода, например:
НСl+NaOH=NaCl+H2O. Если же попытаться провести реакцию хлорида
Анри Луи Ле Шателье.
РАССЧИТЫВАЕМ КОНЦЕНТРАЦИЮ КИСЛОТЫ
Константы равновесия определены для очень многих реакций. В большинстве случаев известно и то, как изменяется величина Кравн в з
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Новости и инфо для студентов