Физическая химия (1) Физическая химия: цель, задачи, методы исследования. Основные понятия физической химии

(11) Адиабатическое расширение – это процесс увеличения объема термодинамической системы при котором система тепло не отдает и не получает из вне.

Адиабатический процесс

В параграфе 1.4 было введено понятие адиабатически изолированной системы, то есть системы, которая не обменивается теплотой с окружающими телами. Процессы, происходящие в такой системе, называются адиабатическими. Так как при адиабатических процессах  , то первое начало термодинамики для них можно записать в форме:

.

(2.74)

Совместное применение этого выражения и уравнения Клапейрона-Менделеева позволяет получить уравнение, описывающее адиабатический процесс в идеальном газе. Для этого представим выражение (2.74) в виде:

.

(2.75)

Нахождение полных дифференциалов от правой и левой частей уравнения Клапейрона-Менделеева (2.10) дает:

.

(2.76)

Вычитание из этой формулы выражения (2.75) приводит его к виду

.

(2.77)

С учетом соотношения Майера (2.70) имеем:

.

(2.78)

Умножим выражение (2.75) на отношение теплоемкостей  и сложим его с формулой (2.78). Тогда получим

,

(2.79)

где введено обозначение

.

(2.80)

Величина  называется показателем адиабаты. Формулы (2.65) и (2.71) позволяют определить показатель адиабаты через количество степеней свободы  :

.

(2.81)

Из этого выражения следует, что показатель адиабаты для идеального газа всегда больше единицы. Для одноатомных газов этот показатель равен 1,67, а для двухатомных и многоатомных соответственно 1,4 и 1,33.
Поделив уравнение (2.79) на произведение  преобразуем его к виду

(2.82)

или

.

(2.83)

Отсюда следует:

.

(2.84)

Интегрирование этого уравнения позволяет получить формулу

.

которая называется уравнением Пуассона в честь французского механика, математика и физика Симеона Дени Пуассона (1781 - 1840). Это уравнение адиабатического процесса для идеального газа, или адиабаты - кривой, описываемой этим уравнением в переменных  и  .
С помощью уравнения Клапейрона-Менделеева уравнение (2.85) можно переписать, используя другие параметры состояния идеального газа:

,

(2.86)

.

(2.87)

Сравнивая уравнение Пуассона (2.85) с уравнением Бойля-Мариотта (2.11):  , можно убедиться, что адиабата идеального газа, построенная в координатах  и  , всегда идёт круче изотермы (см. рис. 2.7).

Графики адиабатических процессов (1) и изотермического процесса (2)

Это связано с тем, что, как указывалось выше, показатель адиабаты для газов всегда больше единицы и принимает наибольшее значение для одноатомных газов. Поэтому самую крутую адиабату имеют инертные газы, молекулы которых состоят из одного атома.
(12) Термохимия. Закон Гесса. Тепловой эффект химической реакции. Следствия из закона Гесса (термохимия, закон, Лавазье-Лаплас, Гесс, химическая реакция, тепловой эффект, следствие).
Все химические процессы идут рука об руку с изменениями внутренней энергии и энтальпии системы. В этом случае тепло может поглощаться и выделяться. Количество поглощенной или выделенной энергии называется тепловым эффектом реакции. Реакции с выделением тепла называются экзотермическими, а реакции с поглощением тепла - эндотемическими реакциями.
Реакции, включающие поглощение или выделение тепла, являются термохимическими реакциями. Тепловой эффект можно измерить с помощью калориметра. Количество тепла, выделяемое или поглощаемое, когда 1 моль соединения образуется из обычных веществ, называется теплотой образования соединения. В термодинамике тепло, передаваемое системе, положительно, а тепло, выделяемое системой, обозначается отрицательным знаком. В термохимии поглощенное тепло положительно, а выделяемое тепло отрицательно: