Применение I закона к простейшим процессам

1. Изохорный процесс (V=соnst): dV = 0, δА = pdV = 0

δQv = du, Qv = _нач ʃ^кон du = ∆U Qv = ∆U (3)

Следовательно, при V=const вся теплота, подведенная к системе, расходуется на увеличение ее внутренней энергии. Из уравнения (3) следует, что теплота Qv является функцией состояния, т.е. не зависит от пути процесса.

2. Изобарный процесс (р=const): δА = pdV; А =_v1ʃ^'v2 pdV = р(V₂ – V₁)

Из уравнения Менделеева-Клапейрона PV – nRT

А = рV₂ – pV_{1 =} nRT₂ – nRT₁ = nR(T₂ – T₁), где работа расширения сопровождается увеличением газа и повышением температуры.

δQp = dU – δA = dU – pdV = d(U + pV) = dH

(U + pV) - энтальпия системы

δQp = dH; Qp = ∆H (4)

Количество теплоты изобарного процесса является мерой изменения энтальпии. Так как H = U + pV является функцией состояния, то и Qр является функцией состояния.

Если участники реакции находятся в конденсированном состоянии, то ∆V ≈ 0

Qp ≈ ∆U, Qp ≈ Qv, ∆H ≈ ∆U,

Если же в химической реакции участвуют газы, то изменение объема будет связано с изменением числа молей газообразных участников реакции, поэтому

р∆V = ∆nRT,

где ∆n – разность между числом молей газообразных продуктов реакции и исходных веществ.

Таким образом, для химической реакции с участием газов

Qp – Qv = ∆nRT

3. Изотермический процесс (T = const):

Для идеального газа, а также для реального газа при невысоких давлениях внутренняя энергия является только функцией температуры. Поэтому при изотермических условиях U = const

δQ_T = ∆A = pdV; Q_Т = А (5)

Работа, совершаемая над системой, полностью превращается в тепло, которое выделяется системой в окружающее пространство, а подводимое к системе тепло полностью расходуется на производство работы расширения.

4. δA = pdV; A = _v1ʃ^v2pdV = _v1ʃ^v2nRT dV/V = nRT1nV₂/V₁

5. Адиабатный процесс (Q = const):

δQ = 0; δA = –dU; A = –∆U (6)

Работа при адиабатном процессе совершается за счет убыли внутренней энергии.