Тема 2. Термодинамика. Первый закон термодинамики.
Цель занятия:
· Методическая:
- усовершенствоватьметодику актуализации опорных знаний
· Дидактическая:
- систематизировать и расширить знания по термодинамике;
- повторить I закон термодинамики, понятие энтальпия;
- рассмотреть химическую термодинамику, тепловой эффект реакции, теплоемкость;
- совершенствовать умения использовать первый закон термодинамики для описания газовых процессов.
· Воспитательная:
- достичь понимания важности изучения дисциплины;
- развивать аккуратность, внимательность, настойчивость при выполнении заданий;
- прививать интерес к предмету.
Вид занятия: комбинированное занятие.
Тип занятия: приобретение новых знаний.
Ход занятия
Организационный момент
- проверка присутствия студентов;
- записи в журнале;
- проверка подготовки к занятию студентов.
Сообщение темы, цели и основных задач занятия.
Мотивация к изучению материала
Ранее мы рассмотрели вопросы строения вещества и свойств химических элементов. Теперь переходим к рассмотрению закономерностей протекания химических процессов. Практически наиболее важными являются два типа закономерностей – энергетические и временные. Первые изучает химическая термодинамика, вторые – химическая кинетика.
Изначально термодинамика – это наука о «движении тепла». Она возникла в начале XIX века как теоретическая база создания тепловых машин (в основном, паровых котлов), послуживших основой промышленной
революции.
Сейчас стало ясно, что термодинамика описывает энергетические состояния и их изменения в системах, состоящих из огромного числа элементов, находящихся в состоянии внутреннего равновесия.
|
|
Актуализация опорных знаний
- Что изучает термодинамика?
- Как вы понимаете переход одного вида энергии в другой вид?
- Можно ли создать такое устройство, которое при передаче ему некоторого количества теплоты превратит это количество теплоты в полезную механическую работу?
- Сформулируйте первый закон термодинамики.
- Что такое энтальпия?
- Что такое внутренняя энергия?
- Что такое теплоемкость?
- От чего зависит удельная теплоемкость вещества?
Изучение нового материала
Термодинамика – наука о взаимопревращениях различных форм энергии и законах этих превращений. Термодинамика базируется только на экспериментально обнаруженных объективных закономерностях, выраженных в двух основных началах термодинамики.
Термодинамика изучает:
· Переходы энергии из одной формы в другую, от одной части системы к другой;
· Энергетические эффекты, сопровождающие различные физические и химические процессы и зависимость их от условий протекания данных процессов;
· Возможность, направление и пределы самопроизвольного протекания процессов в рассматриваемых условиях.
Химическая термодинамика – раздел физической химии, изучающий макроскопические химические системы и процессы на основе общих законов взаимопревращения теплоты, различных видов работы и энергии.
Основные термодинамические понятия
Термодинамическая система – это тело или группа тел, которые находятся во взаимодействии и условно обособлены от окружающей среды, в качестве которой рассматривается остальная часть вселенной.
|
|
По способу взаимодействия системы с окружающей средой или другими системами различают:
a) изолированные системы, которые не обмениваются энергией и веществом;
b) закрытые системы, которые не обмениваются веществом, но обмениваются энергией;
c) открытые системы, в которых имеет место обмен веществом и энергией.
Системы подразделяют на гомогенные и гетерогенные. Гомогенной называют систему, имеющую в каждом элементе объема одинаковые плотность и состав (например, раствор сахара в воде). Гетерогенная система состоит из гомогенных частей (фаз), отделенных друг от друга поверхностями раздела (например, суспензия глины в воде). Система может состоять из одного или многих веществ, называемых составными компонентами.
Совокупность свойств системы называется ее состоянием. Свойства, которые однозначно определяют состояние системы, называются термодинамическими параметрами. Параметры делятся на две группы: параметры, зависящие от количества вещества, составляющего систему (общие объем, масса, энтропия, теплоемкость и т.д.), которые подчиняются закону аддитивности, называются экстенсивными; параметры, которые не зависят от количества вещества и имеют одинаковые значения во всех точках системы, если она находится в равновесии (давление, температура и др.), называются интенсивными.
Параметры системы связаны между собой уравнением состояния:
F (p, v, T) = 0
Состояние системы называется равновесным, если параметры системы во времени самопроизвольно не изменяются и сохраняют одинаковое значение в пределах каждой фазы.
|
|
Процесс — это изменение состояния системы. Разновидностью равновесного процесса является обратимый процесс, совершив который, система возвращается в исходное состояние, не оставив изменений ни в системе, ни в окружающей среде.
Неравновесный (необратимый) процесс — это процесс, при котором изменения в системе происходят и при этом система не возвращается в исходное состояние. Процесс можно охарактеризовать изменениями параметров ∆T, ∆p, которые не зависят от того, каким образом система пришла к данному состоянию. Это означает, что если система после протекания в ней ряда процессов вернулась в первоначальное состояние, то все ее параметры принимают первоначальное значение.
Величины, зависящие только от природы веществ и состояния системы, называют функциями состояния. Величины, зависящие от того, каким путем система перешла от начальных условий к конечным, называют функциями процесса.