Теплота

Передача энергии, вызываемая разностью температур между системой и ее окружением или между одной системой и другой системой, называется передачей теплоты. Количество энергии, передаваемой таким образом, обозначается буквой q. Количество переданной теплоты пропорционально массе т системы и изменению температуры

, вызванному этой передачей энергии:

Если точно известно, из какого вещества состоит система, и это вещество можно охарактеризовать его удельной теплоемкостью с, то приведенное выше соотношение приобретает следующий вид:

Удельная теплоемкость вещества это энергия, необходимая для повышения температуры одного килограмма данного вещества на один кельвин. Например, удельная теплоемкость воды равна

Молярная теплоемкость вещества-это энергия, необходимая для повышения температуры одного моля данного вещества на один кельвин. Молярная теплоемкость обозначается символом Сm.

Теплота не является свойством системы. Поэтому она не может быть функцией состояния. Например, стакан воды может иметь температуру 50 0C, но нельзя сказать, что он имеет теплоту. Чтобы нагреть воду до 50 °С, ей необходимо передать энергию, конечно если предполагается, что сначала она имела более низкую температуру. И наоборот, если стакан воды сначала имел более высокую температуру, то, чтобы понизить ее до 50 °С, нужно передать часть энергии системы ее окружению. Таким образом, мы убеждаемся, что энергия (теплота), передаваемая системе или системой, не описывает состояние системы. Она описывает только то, что происходит с системой, прежде чем она достигнет конечного состояния, которое в нашем примере характеризуется температурой 50 °С.

Работа

Работа тоже является формой передачи энергии от одной системы к другой или от системы к ее окружению. Система выполняет работу, если система действует с некоторой силой, направленной на преодоление сопротивления. Величина выполненной работы равна произведению силы и расстояния, на котором эта сила преодолевает сопротивление:

Работа = Сила х (Расстояние перемещения в направлении действия силы)

Работа, с которой чаще всего приходится иметь дело в химии, связана с расширением системы. Такое расширение происходит, например, при выделении газа в ходе химической реакции (рис. 5.3). В таком случае работа w, выполняемая системой, определяется выражением

где P внешнее давление, a ΔV-изменение объема системы. Для многих химических реакций, выполняемых в лабораторных условиях, внешнее давление просто совпадает с атмосферным давлением. Знак минус в приведенном выше уравнении соответствует тому, что работа выполняется системой, а следовательно, система теряет энергию.

Оглавление: