Формулировка закона Гесса




Тепловой эффект реакции при изобарном и изохорном процессе не зависит от пути процесса (промежуточных стадий), а определяется только начальным и конечным состоянием системы (т. е. состоянием исходных и конечных продуктов реакции).

Этот основной закон термохимии был установлен Гессом в 1840 году на базе экспериментальных исследований и является следствием первого закона термодинамики.

Доказательство закона Гесса

Если в системе протекает химический процесс и отсутствуют другие виды работ кроме работы расширения, можно, исходя из (3), записать:

- для изохорного процесса () ,

где dQV - тепловой эффект реакции при изохорном процессе;

- для изобарного процесса () ,

где dQР - тепловой эффект реакции при изобарном процессе.

Таким образом, если из данных исходных веществ можно различными путями получить заданные конечные продукты, то независимо от вида промежуточных стадий суммарный тепловой эффект реакции будет одинаковым.

Например, оксид азота (II) можно получить двумя путями (рис. 1):

1) сжигая азот в кислороде непосредственно до N2O4 г,

;

 

2) провести этот процесс в 2 стадии - получить вначале оксид азота (I), а затем окислить его до оксида азота (II)

Оба эти пути имеют одинаковые начальные (N2 (г) и O2 (г)) и конечные состояния (N2O4(г)). Если описанные процессы протекают в одинаковых условиях (температура, давление), одинаковых агрегатных состояниях, то согласно закону Гесса можно записать .

 

 

Рис. 1.Схематическое пояснение

закона Гесса на примере

получения оксида азота (IV)

различными путями

 

Задача 2.

 

Определить параметры рабочего тела в характерных точках идеального цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания с изохорно-изобарным подводом теплоты (смешанный цикл), если известны давление р1 = 0,135 МПа и температура t1 = 25оС рабочего тела в начале сжатия. Степень сжатия ε = 16,0, степень повышения давления λ = 2,1, степень предварительного расширения ρ = 1,4.

Определить работу, получаемую от цикла, его термический КПД и изменение энтропии отдельных процессов цикла. За рабочее тело принять воздух, считая теплоемкость его в расчетном интервале температур постоянной.

Рис. 1. Идеальный цикл поршневого двигателя внутреннего сгорания с изохорно-изобарным расширением

Решение:

Точка 1.

р1= 0,135 Мпа, Т1=t1+ 273 = 25 + 273 = 298 К.

Из уравнения состояния газа определяем первоначальный удельный объем

.

Газовая постоянная воздуха, определится

,

где mв– молярная масса воздуха, кмоль,mв= 28,96 кмоль.

Тогда

Точка 2.

Процесс 1 – 2 адиабатное сжатие.

где к – показатель адиабаты, для воздуха к = 1,4.

Т2= 298×161,4 – 1= 903,4 К.

Давление в конце адиабатического сжатия определяем из уравнения состояния газа

Точка 3.

Процесс 2 –3 изохорный, т.е. u=const. Тогдаu2=u3= 0,039 .

Давление находим из соотношения

Так как

Точка 4.

Процесс 3 – 4 изобарный, т.е. р = const. Тогда р3= р4= 14×106Па.

Объем и температура определятся из соотношения

Точка 5.

Процесс 4 – 5 адиабатное сжатие.

Зависимость между объемами и температурами запишется в виде

причем u4=u2×r;u5=u1= 0,63 , то

Давление определяем из уравнения состояния газа для 1 кг.

Работа цикла может быть определена как разность между работой расширения и работой сжатия.

Работа определится

l=q1–q2,

где q1– количество теплоты, подводимое к рабочему телу, кДж;

q2- количество теплоты, отводимое от рабочего тела, кДж.

q1=q¢1+q¢¢1= Сu3– Т2) + Ср4– Т3),

где Сu- массовая теплоемкость при постоянном объеме, ;

Ср- массовая теплоемкость при постоянном давлении, .

,

где mСu- мольная теплоемкость при постоянном объеме, , для воздухаmСu= 20,93 .

Тогда

;

,

где mСр- мольная теплоемкость при постоянном давлении, , для воздухаmСр= 29,31 .

.

Тогда

q1= 0,72(1901,9 – 903,4) + 1,01(2662,7 – 1901,9) = 1487,3 ;

q2= Сu5– Т1) = 0,72(1004,9 – 298) = 509 .

Работа цикла

Термический КПД цикла равен

Определяем изменение энтропии в различных процессах

- для процессов 1 - 2 и 4 - 5

DS1 - 2= 0 иDS4 - 5= 0, т.к. процесс адиабатический;

- для процесса 2 - 3

- для процесса 3 - 4

- для процесса 5 - 1

 

 

Контрольный вопрос

В чем смысл второго закона термо- динамики?

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2017-11-23 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: