Теплота и работа

Энергия системы

Энергия (термин греческого происхождения) это мера способности системы совершать работу. Единицей измерения энергии (и работы) в системе СИ является Джоуль (Дж). В химической термодинамике одну из важных величин представляетвнутренняя энергия U системы. Внутренняя энергия включает энергию поступательного и вращательного движения молекул, энергию взаимодействия между атомами, энергию внутримолекулярного колебательного движения атомов, энергию вращательного движения электронов в атомах, энергию, заключенную в ядрах и т.д.

Помимо внутренней энергии полная энергия системы включаеткинетическую и потенциальную энергию системы в целом. Кинетическая энергия связана с движением тела. Она зависит от его массы m и скорости v и равна 1/2 mv². Потенциальная энергия - это энергия положения системы по отношению к центру Земли.

Измерить абсолютное значение внутренней энергии системы U невозможно, но можно измерить изменение внутренней энергии DU в результате какого-то процесса. Если внутренняя энергия системы увеличивается, величина DU берется со знаком "плюс", напротив отрицательная величина DU говорит об уменьшении внутренней энергии.

Теплота и работа являются двумя разными формами передачи энергии от одной системы к другой или от системы к ее окружению. Передача энергии, вызываемая разностью температур, называетсяпередачей теплоты.

Количество теплоты, передаваемой системой пропорционально массе системы и изменению температуры, связанному с передачей энергии. Теплота не является свойством системы, не определяет ее состояния. Например, вода в стакане может иметь температуру 50°С, но нельзя сказать, что вода содержит теплоту. Если воду нужно нагреть до температуры 80°С, то ей нужно сообщить некоторую энергию в форме теплоты. Напротив, при охлаждении воды до комнатной температуры часть энергии будет передана окружающей среде.

Итак, понятие "теплота" относится не к состоянию системы, а к какому-то процессу, т.е. является функцией процесса. Единицей измерения теплоты в системе СИ является Джоуль (Дж). Если теплота поглощается системой, величина Q берется со знаком "плюс". Знак "минус" означает, что теплота отдается системой.

Работа процесса - это энергия, передаваемая одним телом другому при их взаимодействии и не зависящая от температуры этих тел. Система выполняет работу, если она действует с некоторой силой, направленной на преодоление сопротивления. Величина механической работы А равна произведению силы F на расстояние l, на котором эта сила преодолевает сопротивление:

A = F×l (1.1)

Чаще всего приходится иметь дело с работой, связанной с расширением или сжатием газа. Работа в этих случаях равна:

A = P DV (1.2)

где DV – изменение объема, а Р - внешнее давление.

Положительной в термодинамике считается работа, выполненная системой. Если перед работой стоит знак "минус", это означает, что работа выполняется над системой (когда внешнее давление Р больше давления газа внутри системы и происходит сжатие газа). Работа так же как теплота является функцией процесса.