О циклических процессах в термодинамике

[игрек]

Циклические процессы – это процессы, в ходе которых система вышла из начального состояния, а затем вернулась в это состояние. Так как начальное и конечное состояния системы совпадают, то изменение внутренней энергии в ходе циклического процесса равно нулю. При протекании процессов в изолированных системах внутренняя энергия тоже не изменяется, однако процессы в изолированных системах не являются циклическими. В изолированных системах процессы идут до наступления равновесия обычно с окружающей средой, т.е. воздухом. Выйти самостоятельно из положения равновесия изолированная система не может. Для этого ей надо взаимодействовать с другими системами. По определению она этого делать не может. Совершать цикл могут лишь закрытые и открытые системы. Рассмотрим на примере гальванического элемента, какие процессы протекают в цикле.

Примем, что в своем начальном состоянии гальванический элемент находится в равновесии с воздухом. Обозначим гальванический элемент как система1. Любой циклический процесс начинается выходом системы из начального состояния. Выходом системы из начального состояния будет любое изменение её внутренней энергии, что может произойти лишь в результате взаимодействия с другой системой (система 2). Никаких иных способов изменения внутренней энергии не существует. Для этого к системе 1 подключают какое-либо устройство, потребляющее электрическую энергию (система 2). Система 2 получает от гальванического элемента электрическую энергию до тех пор, пока не истощится её запас в гальваническом элементе. В этой части цикла система 1 выступает в роли донора электрической энергии, а система 2 – её акцептором. Как только система 2 перестаёт получать электроэнергию от сист6мы 1, возникает необходимость в возврате системы 1 в исходное состояние. (достигается так называемая поворотная точка). Чтобы вернуть систему 1 в исходное состояние, систему 2 отсоединяют от системы 1 и почему-то больше о ней не вспоминают, хотя она остается изменённой. Но для системы 2 можно рассчитать все термодинамические функции. К гальваническому элементу подключают генератор постоянного тока (система 3), который и возвращает систему 1 в исходное состояние. В этом случае система 1 оказывается акцептором электроэнергии, а генератор (система 3) её донором. При достижении системой 1 исходного состояния зарядку прекращают, а генератор (система 3) отсоединяют от системы 1. И опять система 3 никого не интересует. хотя она является характеристикой цикла. Таким образом, в циклическом процессе должны участвовать как минимум три системы. Одна из систем (система 1) совершает цикл. В любом цикле система 1 передаёт энергию от системы 2 системе 3, или в противоположном направлении. Циклический процесс нужно было использовать Джоулем для доказательства эквивалентности теплоты и работы. Цикл должен был совершить калориметр с мешалкой. Но Джоуль проводил лишь первую часть цикла, в котором энергия передавалась в форме работы. Вторую часть цикла, в котором должна была появиться теплота, Джоуль не совершал, так как всем, по словам Кричевского, и так всё было ясно. В дополнение к теплоте и работе цикл это ещё один способ передачи энергии от системы к системе. Изменения термодинамических функций систем 2,3 могут являться характеристиками цикла.

[главный колбасист]

Будет отличаться теплота сгорания ,например,пороха при его изохорном и изобарном сжигании

и если да,то на сколько? Другими словами,достанется ли давление газов нам на халяву ?

[игрек]

13 часов назад, главный колбасист сказал:

Будет отличаться теплота сгорания ,например,пороха при его изохорном и изобарном сжигании

и если да,то на сколько? Другими словами,достанется ли давление газов нам на халяву ?

Теплоты сгорания имеют реакции, где непременным участником является кислород.  Взрыв пороха надо рассматривать как быстропротекающуюся реакцию с образованием большого количества газов при высокой температуре. Клаузиус, один из создателей термодинамики, различал два вида теплоты - внешнюю и внутреннюю.  Внешняя теплота - это энергия, передаваемая от одной системы к другой,  Ею занимается термодинамика. Внутренняя теплота - это знергия, вызвавшая разогрев системы. Эти два вида теплот постоянно путают даже в учебниках по физической химии.  Внутреннюю теплоту измеряю с помощью калориметров. Я уже неоднократно писал в статьях на этом форуме,, что калориметр является изолированной системой. По определению изолированной системы она не может передавать энергию другим системам ни в форме теплоты, ни в форме работы. Однако, если превратить внутреннюю теплоту во ввнешнюю, то можно использовать энергетичческий эффект любой реакции для совершения работы и получения теплоты. Для этого реацию надо проводить либо в закрытой, либо в открытой системе. Именно при передаче энергии другой системе создаются условия для ее исполбзования. При исследовании таких специфических реакций главное = прочность стенок реактора. При его разрушении Вы получаете открытую систему со многими вопросами.

[бродяга_]

24.11.2021 в 12:32, игрек сказал:

В изолированных системах процессы идут до наступления равновесия обычно с окружающей средой, т.е. воздухом.

тогда какой смысл в изолированности? разве что проверка самой теплоизоляции.

15 часов назад, главный колбасист сказал:

нам на халяву ?

вам не халяву только сыр в мышеловке.

[yatcheh]

43 минуты назад, игрек сказал:

Теплоты сгорания имеют реакции, где непременным участником является кислород.  

 

Реакции не имеют теплоты сгорания. Теплоту сгорания имеет вещество 

Кислород не является непременным участником процесса горения.

Впрочем, дальше - такая же чепуха на постном масле.

 

Бардак в выражении мыслей отражает бардак в самих мыслях

 

16 часов назад, главный колбасист сказал:

Будет отличаться теплота сгорания ,например,пороха при его изохорном и изобарном сжигании

и если да,то на сколько? Другими словами,достанется ли давление газов нам на халяву ?

 

Будет отличаться на величину работы расширения. В термодинамике халявы нет, за этим вам надо в квантовую механику

Изменено 27 Ноября, 2021 в 11:03 пользователем yatcheh

[главный колбасист]

51 минуту назад, игрек сказал:

со многими вопросами.

В виде осколков в заднице ?? 

27 минут назад, yatcheh сказал:

Будет отличаться на величину работы расширения.

Уверены ? По крайней мере в школьные формулы давление не входит нигде. Или вот табличные данные

энтальпий образования разных веществ. В расчет принимаются исходные вещества и больше ничего.

Что,энтальпия образования при одном давлении будет одна,а при другом,другая ? Вообще то я в этом

не понимаю ничего,точнее сдавали,конечно,диплом получали,но забыто многое.

Давление конечно принимает какое то опосредованное участие на смещение равновесия по Ле Шателье,

Но в общем не знаю...

55 минут назад, бродяга_ сказал:

вам не халяву только сыр в мышеловке.

А вот при электролизе воды под давлением,давление достается на халяву,расход электроэнергии даже снижается. Проверенный факт.

 

49 минут назад, yatcheh сказал:

В термодинамике халявы нет, за этим вам надо в квантовую механику

А разве химические реакции,в каком то смысле, идут не на квантовом уровне?

[yatcheh]

1 час назад, главный колбасист сказал:

Уверены ? По крайней мере в школьные формулы давление не входит нигде. Или вот табличные данные

энтальпий образования разных веществ. В расчет принимаются исходные вещества и больше ничего.

Что,энтальпия образования при одном давлении будет одна,а при другом,другая ?

 

Энтальпия (H) - это и есть мера выделения энергии при изобарно-изотермическом процессе. Так как давление постоянно, оно и не входит никуда.

Для изохорного процесса эта мера - внутренняя энергия (U). Разница между ними - работа расширения.

 

1 час назад, главный колбасист сказал:

А вот при электролизе воды под давлением,давление достается на халяву,расход электроэнергии даже снижается. Проверенный факт.

 

Вот тут я не понял кто на ком стоял   Что это за "электролиз воды под давлением"?

 

1 час назад, главный колбасист сказал:

А разве химические реакции,в каком то смысле, идут не на квантовом уровне?

 

Это была шутка юмора. Просто в квантовой механике допускается временное нарушение законов сохранения. Быстрое, такое... Нарушил, и тут же - шасть обратно в правовое поле

[главный колбасист]

42 минуты назад, yatcheh сказал:

Энтальпия (H) - это и есть мера выделения энергии при изобарно-изотермическом процессе.

Понятно. постараемся запомнить.

Но сдается мне не все так однозначно с давлением. Смещение равновесия Лешателье  это ведь

просто означает что если реакция происходит с увеличением объема продукта,часть исходного

вещества не вступит в эту реакцию.В случае повышения давления.Это ведь не значит,что прореагирует

так же,но выделится меньшее количество тепла.Просто останется больше исходного продукта вместе

со своей внутренней энергией.Она никуда не исчезнет.

Широко применяются герметичные электролизеры,где можно без труда набрать десяток атмосфер,

и сразу в баллон.Экономим на компрессорах.Общий расход электроэнергии в силу многих причин

при этом снижается! И это не считая расхода на компрессор.

 

[yatcheh]

3 минуты назад, главный колбасист сказал:

Понятно. постараемся запомнить.

Но сдается мне не все так однозначно с давлением. Смещение равновесия Лешателье  это ведь

просто означает что если реакция происходит с увеличением объема продукта,часть исходного

вещества не вступит в эту реакцию.В случае повышения давления.Это ведь не значит,что прореагирует

так же,но выделится меньшее количество тепла.Просто останется больше исходного продукта вместе

со своей внутренней энергией.Она никуда не исчезнет.

 

Ничто никуда не исчезает. Вы просто смешиваете тёплое с мягким. Энтальпия - касается того, что уже случилось. Если там где-то равновесие куда-то сместилось - то и энтальпию извольте заново посчитать для того нового количества прореагировавшего вещества. 

Константа равновесия - величина интенсивная, зависит от концентрации(или давления), а энтальпия - экстенсивная, зависящая от количества вещества.

 

9 минут назад, главный колбасист сказал:

Широко применяются герметичные электролизеры,где можно без труда набрать десяток атмосфер,

и сразу в баллон.Экономим на компрессорах.Общий расход электроэнергии в силу многих причин

при этом снижается! И это не считая расхода на компрессор.

 

А, ну это понятно. Сэкономить можно, но только в силу несовершенства механических приблуд. 

Расход энергии непосредственно на электролиз в этом случае возрастает, поскольку растёт потенциал разложения воды. Он напрямую зависит от того - при каком давлении на электроде выделяется газ. Стандартным считается давление 760 мм. рт. ст., и для этого давления в справочниках приводятся потенциалы. Растёт давление - растёт потенциал - растёт расход энергии. Тут термодинамику на кривой козе не объедешь - за всё надо платить, в том числе и за ту потенциальную работу, которую может совершить сжатый газ. Причём платить строго по предоплате.

Так что, сэкономить тут можно только на компрессорах

[бродяга_]

23 минуты назад, yatcheh сказал:

Стандартным считается давление 760 мм. рт. ст., и для этого давления в справочниках приводятся потенциалы. Растёт давление - растёт потенциал - растёт расход энергии.

получить водород электролизом на дне Марианской впадины будет сильно энергозатратней.