Treść książki
Przejdź do opcji czytnikaPrzejdź do nawigacjiPrzejdź do informacjiPrzejdź do stopki
2AEnergiawewnętrzna
➤Dlaczegonależysięzapoznać
ztymmateriałem?
Pierwszazasadatermodynamikistanowipodstawę
dalszychrozważańnadznaczeniemenergiiwchemii.
Wprzypadkukażdejprzemianyfizycznejlubreakcjiche-
micznej,wktórejinteresujenaswytwarzanielubwyko-
rzystywanieenergii,opieramysięnapojęciachwprowa-
dzonychprzezpierwszązasadętermodynamiki.
➤Jakajestmyślprzewodnia?
Całkowitaenergiaukładuizolowanegojeststała.
➤Cojużnależywiedzieć?
Wtympodrozdzialewykorzystanezostanąwiadomości
zawartewomówieniuwłaściwościgazów(podrozdział1A),
wszczególnościrównaniestanugazudoskonałego.
Wpodrozdzialetymwykorzystanazostaładefinicja
pracypodanawNiezbędnikuchemika6.
Wrozważaniachtermodynamicznychwszechświatdzieli-
mynadwieczęści,tj.układijegootoczenie.Układjesttą
częściąświata,któraszczególnienasinteresuje.Możenią
byćnaprzykładnaczyniereakcyjne,silnik,ogniwoelek-
trochemicznelubkomórkażywegoorganizmu.Otoczenie
toprzestrzeń,któraznajdujesiępozaukłademiwktórej
prowadzonesąpomiary.Typukładuzależyodwłaściwości
granicy,któraoddzielagoodotoczenia(rys.2A.1).Jeżeli
materiamożebyćprzenoszonaprzezgranicępomiędzy
materia
otwarty
energia
zamknięty
energia
izolowany
Rys.2A.1(a)Układotwartymożewymieniaćzarówno
materię,jakienergięzeswoimotoczeniem.(b)Układ
zamkniętymożewymieniaćenergięzotoczeniem,alenie
możewymieniaćmaterii.(c)Układizolowanyniemoże
wymieniaćzotoczeniemanienergii,animaterii
układemajegootoczeniem,układjestokreślanyjako
otwarty.Jeżelimaterianiemożeprzechodzićprzeztęgra-
nicę,układjestokreślanyjakozamknięty.Zarównoukład
otwarty,jakizamkniętymogąwymieniaćenergięzeswoim
otoczeniem.Naprzykładzwiększającswojąobjętość,układ
zamkniętymożeunieśćjakiściężarznajdującysięwotocze-
niu.Układzamkniętymożerównieżprzekazaćenergiędo
otoczenia,jeżelimaononiższątemperaturę.Układizolo-
wanyjestukłademzamkniętym,któryniemazotoczeniem
anikontaktumechanicznego,anitermicznego.
2A.1Praca,ciepłoienergia
Chociażtermodynamikazajmujesięobserwacjamiukładów
makroskopowych,stajesiędużobardziejzrozumiaładzięki
wyjaśnieniumolekularnychpodstawtychobserwacji.
(a)Podstawowedefinicje
Fundamentalnąwielkościąfizycznąwtermodynamicejest
praca.Pracęwykonujemy,gdywymuszamyruch,pokonu-
jąchamującągosiłę(zob.Niezbędnikchemika6).Prostym
przykłademjestunoszenieciężaruprzeciwkosilegrawitacji.
Podczasdanegoprocesuwykonywanajestpraca,jeżeli,przy-
najmniejteoretycznie,możeonzostaćwykorzystanydounie
-
sieniajakiegościężarugdziekolwiekwotoczeniu.Przykładem
wykonywaniapracyjestwypychanietłokaprzezrozpręża-
jącysięgaz,ponieważruchtłokamożezostaćpotencjalnie
wykorzystanydouniesieniajakiegościężaru.Innymprzy-
kłademmożebyćreakcjachemicznazachodzącawogniwie
elektrochemicznymiwywołującaprzepływprąduelektrycz-
nego,któryzkoleimożenapędzaćsilnikiwtensposóbmoże
zostaćwykorzystanydouniesieniajakiegościężaru.
Energiaukładujestwielkościąokreślającąjegozdolność
dowykonaniapracy(zob.Niezbędnikchemika6).Jeślina
układziezamkniętymzostaniewykonanapraca(naprzykład
przezsprężeniegazulubnaciągnięciesprężyny),zdolność
tegoukładudowykonaniapracywzrasta,czyli,innymisło-
wy,wzrastajegoenergia.Inaodwrót,jeśliukładwykonuje
pracę(naprzykładprzezwypchnięcietłokalubrozwinięcie
sięsprężyny),energiaukładuzmniejszasię,dlategopowy-
konaniupracymożeonwykonaćjejmniejsząilośćniżprzed.
Jakwykazanodoświadczalnie,energiaukładumożesię
zmienićnietylkowwynikuwykonaniapracy.Jeśliener-
giaukładuzmieniasięwwynikuwystępowaniaróżnicy
