Repetitor.Biniko.com
   Образовательный портал


Бесплатный каталог репетиторов
Новости   Профессии   Блоги
Вопросы и ответы   Форум
On-line тестирование






 
Главная
Поиск
Новости
Статьи
Профессии
ЕГЭ - Россия
ВНТ - Украина
ЕНТ - Казахстан
ЦТ - Беларусь
Блоги
Репетиторы
Вопросы и ответы
On-line тестирование
Форум

 




Регистрация:

  Учителя
  Учащиеся
Логин:    Пароль:   


Блоги

Категория: Физика

48. Максимальная работа и свободная энергия

48. Максимальная работа и свободная энергия



1. Рассмотрим какую-либо термодинамическую систему в про-извольном, вообще говоря, неравновесном состоянии. Пусть она граничит со средой, температура Т0 которой поддерживается по-стоянной. Система может обмениваться теплом только с этой средой. С остальными телами теплообмена нет. Что касается работы, про-изводимой системой, то в общем случае она слагается из двух частей: из работы над рассматриваемой средой и над всеми остальными телами. Эту общую работу, как обычно, будем обозначать буквой А. Пусть система переходит из состояния 1 в состояние 2. В соответствии с первым началом термодинамики А = Ux — Uz + Q. Работа А и количество сообщенного тепла Q зависят от вида процесса, пере-водящего систему из состояния 1 в состояние 2. Второе начало тер-модинамики позволяет указать верхний предел для работы А. Согласно неравенству Клаузиуса




или ввиду предполагаемого постоянства температуры Т0

SO SI ф .

Подставив сюда Q = А —- Ь 4 П., и введя обозначение

Y^U-TUS, (48.1)

получим

А- Ух-Уо. (48.2)

Знак равенства относится к обратимым процессам. Таким образом, работа, которую может совершить система, не может превзойти убыли функции Y ==. U — T0S.

В частности, когда температура системы Т все время равна тем-пературе окружающей среды Г„, функция Y переходит в свободную энергию системы Y — 4= (J — TS. В этом случае ЛЫ.,КС -: ЧГ, — Ч".,. Знак равенства относится к обратимым процессам. Таким образом, для обратимого процесса Т = Тп,

ЛМАКС = ^-¥2. (48.3)

дт

V йТ jv

Если воспользоваться уравнением Гиббса — Гельмгольца (45.13), то выражение (48.3) легко преобразовать к виду

Л,,,АКС = С/1

-и2+т(

(48.4)

или

ЛМАКС = Ul

Зта формула называется уравнением Гиббса ■— Гельмгольца для максимальной работы. Она имеет многочисленные применения.

2. Из изложенного становятся ясными мотивы, которыми руко-водствовался Гельмгольц, назвавший величину lF — U — TS свободной энергией системы. Величина U есть внутренняя или полная энергия системы. Но если система находится в тепловом контакте со средой, температура которой Т поддерживается постоянной, то только часть этой энергии, а именно U — TS, может быть использована для получения работы. В этом смысле она и является свободной. Оставшаяся часть при сохранении неизменной температуры среды, с которой установлен тепловой контакт, в работу превращена быть не может. Она называется связанной энергией. В предельном случае Т -■ 0 различие между внутренней и свободной энергиями пропадает.

3. Наряду с полной работой Л в термодинамике часто рассматри-вают так называемую полезную работу. Хотя это понятие для физических приложений и не необходимо, приведем нужные разъяснения. Понятие полезной работы вводится в тех случаях, когда рассматриваемая (вообще говоря, неравновесная) термодинамическая



5 49] ЭЛЕКТРОДВИЖУЩАЯ СИЛА ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА 15!

система помещена в среду, находящуюся в равновесии и поддержи-ваемую при постоянной температуре Т0 и постоянном давлении Ри. Предполагается, что система может производить работу не только против давления среды Рп, но и над другими телами. Эта последняя, составная часть работы и называется полезной работой. Работа, производимая против давления среды Р(), представляется выражением Р0 (V2 — Vj). Эту часть нужно вычесть из полной работы Л, чтобы получить полезную работу Л nojICJH. Для нее пз формулы (48.2) получаем

An°e3^Zl-Z, (48.5)

где

Z = Y + P0V = U-T0S + P0V. (48.6)

В частности, когда температура и давление среды равны темпера-тре и давлению самой системы, функция Z переходит в термодинамический потенциал Z = Ф = U — TS + PV. В этом случае

Л полезн -< й - Ф2. (48.7)

Максимальная полезная работа получается при обратимом процессе и равна Л™^.зн =
^ 1 полезн

Л™ = h - /2 + Т ^fc- р. (48.8)

Когда термодинамическая система состоит только из твердых н жидких тел, изменением ее объема прн всех процессах, как правиле, можно пренебречь. В этих случаях различие между полной работой Л и работой А:юлсш пропадает. Для газообразных систем, напротив, эте различие может быть существенным.



ЗАДАЧА

Используя результаты этого параграфа, дать другое решение задачи 2 § 37.



Автор: Диков Александр Дата: 2010-05-17 01:03:50 Просмотров: 468


Комментарии отсутствуют


 

Добавить комментарий:


Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи

 

    Репетиторы, математика, русский язык, физика, сдать ЕГЭ, ЕГЭ 2012, тестирование ЕГЭ, ответы по ЕГЭ, репетитор, карта сайта,


    Все права защищены и принадлежат авторам размещающих материалы на сайте. Данный сайт ни какой ответственности за размещенный материал не несет. Копирование материалов возможна только с указанием URL ссылки на исходный материал.