Kap Första huvudsatsen (HS). Teori och begrepp.

Transkript

1 Kap Första huvudsatsen (HS). eor och begrepp. ermodynamk = värmets rörelse. Energutbyte: ärme - Arbete. Utbyte System - Omgvnng. System = ntressant del av världen (t.ex. en bägare med kemkaler). Omgvnng = resten av unversum ( prncp). Omgvnngen SOR: Utbyter energ utan att dess temp. ändras ( värmesänka ) rycket ändras nte av systemets volymörändrngar. yper av system: Utbyte med omgvnngen Energ Matera Öppet Ja Ja Slutet Ja Nej Isolerat Nej Nej 2.1 Energ - ärme - Arbete. Arbete = övervnnande av ysskt motstånd, rktad rörelse av matera omg. ärme = energ som överörs p.g.a. temp. skllnad, slumpvs rörelse av matera (molekyler) omg. Exoterm process = avger värme Endoterm process = upptar värme Adabatsk process = värme utväxlas nte Inre energn = summan av (kvantserad) energ på molekylär nvå = translaton, rotaton, vbraton, elektronenerg Energenheter: 1J = 1 kg m 2 s -2 = 1 A s 1 cal = 4,184 J, 1 e = 1, J

2 2.2. Inre energ och Första HS. Inre energn = U är tllståndsunkton, beror endast av tllståndet, nte t.ex. örhstora. Konsekvens: vd tllståndsörändrng gäller U = U - U oberoende av vägen mellan tllstånden () och () 1:a HS: Inre energn är konstant ör ett solerat system För osolerat system: U = q + w där q = tll syst. ört värme och w = på syst. utört arbete q och w beror av vägen mellan () och () men alltså nte deras summa (= U). Adabatskt: q = 0 dvs. U = w ad Samma tllståndsörändrng allmänt: U = q + w lkhet ger q = w ad - w Mekansk denton av värme. 2.3 Expansonsarbete. Övrga slag av arbete: ab Inntesmal process, 1:a HS: du = dq + dw Arbete generellt: dw = - F ds (= krat x sträcka, mnus p.g.a. motrktad krat) Expanson (Fg. 2.6). F = p ex A och ds = dz

3 dw = - p ex A dz = - p ex d Integrerat: Specella all: w = p ex d ) Fr exp. n vacuum: p ex = 0 under hela exp. w = 0 ) Exp. mot konstant yttre tryck: w = p d = p ( ) = p ex ex ex ) Reversbel exp. = Går baklänges vd nntesmal örändrng av vllkor (här om p ex ökas): p = p ex under hela processen vd rev. exp. Isoterm exp. = temp. konstant under hela exp. w = n R p d = d w = n R ln( / ) När > som vd expanson blr w < 0 ty gasen utör arbete på omgvnngen st.. tvärtom. Kompresson tvärtom. d reversbel expanson utör gasen maxmalt arbete på omgvnngen (maxmalt mothåll hela tden). Se ndkatordagram g Av gasen uträttat arbete (= -w) är ytan under resp. p = ()-kurva.

4 ärmeövergångar. För ett system där enda tänkbara ormen av arbete är tryck-volymsarbete gäller: du = dq ntegrerat U = q dvs. vd konstant volym tllörd värme = ökn. nre energ. behöver en lknande tllståndsunkton ör konstant tryck (vanlgt örhållande på lab.). De. Entalp = H = U + p Håller räknng på det arbete som uträttas av omgvn. vd volymsörändrng. llståndsunkton Det kan vsas (just. 2.1) att vd konstant tryck gäller: Relaton H - U. dh = dq p ntegrerat H = q p H = U + (p ) 1 lter lösn. 1 bar ger p = 10 5 (Pa) 10-3 (m 3 ) = 100 J << H eller U kan örsummas vätske- eller ast as. H U Om gaser (deala) bldas/örbrukas gäller: (p ) = n gas R där n gas = (antal mol gas prod.) - (antal mol gas reakt.) H = U + n gas R

5 ärmekapactet = den värmemängd som krävs ör att öka systemets temperatur 1 grad. Betecknas C. Enhet J/K. Speck: värmekap. per massenhet (enh. J K -1 kg -1 eller ev. annan massenhet) C = m C s Molär: värmekap. per mol (enh. enh. J K -1 mol -1 ) C = n C m ärmekap. kan vara beroende av temperaturen. q = C ( ) Spec. konstant volym: U C = ger U = d C d På samma sätt vd konstant tryck: H C p = och H = p C p d.ex. gäller ör entalpökn. vd uppvärmnng och konstant tryck: q p = H = C d = C p p Det senare lkheten gäller om C p ober. av. För deal gas gäller C p = C + n R

6 Mätnng av värmemängder = kalormetr. ) Konstant volym - Bombkalormeter (se g 2.9). Ger upptaget värme som U. Avgvet värme (vanlgt vd t.ex. bränslen) ger negatvt U. ) Konstant tryck: Ex. Lab. 1. Ger H som ovan. Se g ör lamkalormeter. Båda typerna bygger på att man mäter temp. ändrng hos något omgvande medum med känd värmekap. DSC (I2.1, vktgt nom le scences ) må studeras ensklt Adabatska processer. Adabatsk = nget värme år utväxlas syst. - omgvn. Exoterm proc. - värme avges - temp. stger. Endoterm proc. - värme upptas - temp. sjunker. Ex. Adabatsk reversbel gasexpanson (deal gas). Under exp. uträttar gasen arbete på omg. Dvs. dess temp. sjunker ty w = U = C < 0 (q = 0 per de.). Jämörelse mellan reversbla gasexpansoner q w U anm. soterm >0 <0 0 0 q = -w adabat. 0 <0 <0 <0 w = U