Химическая Термодинамика Химическая ТермодинамикаСтраница 8
Изменение химической энергии зависит от условий, поэтому развитие химических реакций, как и всех остальных процессов, например тепловых, определяется вторым началом термодинамики. Согласно второму началу термодинамики (сформулированному в окончательной форме Клаузиусом и Гельмгольцем в середине XIX в.) теплота может переходить в работу только при наличии разности температур и не целиком, а с определенным термическим коэффициентом полезного действия (η):
(12)
где A — работа, полученная за счет перехода теплоты от тела с высокой температурой (Т1) к телу с низкой температурой (Т2); Q1 — теплота, взятая у нагретого тела с температурой Т1; Q2 — теплота, отданная холодному телу с температурой Т2.
Учитывая, что температура выражена в абсолютной шкале, мы видим, что КПД тепловых машин вообще невелик. Например, КПД теплоэлектроцентрали, работающей с перегревом пара до 673 К и с конденсатором при Т2 =323 К
или 52%
(И это без учета всех остальных потерь в рабочем цикле турбин и механических потерь!)
Таким образом, для любых процессов, протекающих под действием разности потенциалов (grad P), каковой для тепловых процессов является разность температур, для электрических — разность потенциалов, для механических — разность высот и т.д., общим является сравнительно низкий коэффициент полезного действия. Значение КПД обращается в единицу, если в уравнении (12) Т2
0, но абсолютный нуль недостижим. Следовательно, всю энергию нагретого тела при температуре Т1, в работу превратить нельзя.
Заряд q проходит разность потенциалов, совершая работу
A=q(U1-U2). (13)
Однако всю энергию он отдает только в том случае, если U2→O.
Вода вращает турбину при перепаде уровней воды: верхний бьеф — нижний бьеф плотины:
(14)
Однако всю энергию положения (потенциальную) вода отдаст только в том случае, если h2 → 0, т. е. вода будет падать до центра земли, что невозможно.
Таким образом, при совершении работы часть общей энергии системы остается неиспользованной.
При течении химических реакций энтальпия начальных продуктов не может вся перейти в работу или теплоту, так как в конечных продуктах реакции сумма энтальпий не равна нулю. Если градиент движущих сил (Т, U, h и т. д.) равен нулю, то и работа, совершающаяся в процессе, равна нулю, а система будет находиться в состоянии равновесия: при Т1=Т2 закончится теплообмен: электрический заряд не осуществляет работы, если U1 = U2 турбины не работают при спущенной плотине; химическая реакция будет достигать равновесия, когда количество полученных конечных продуктов равно количеству разложившихся конечных продуктов на первоначальные за единицу времени.
Исследуя выражение для КПД тепловой машины, Клаузиус ввел новую термодинамическую функцию, которую назвал энтропией. В самом деле:
или 
отсюда
или 
(15)
Таким образом, при проведении цикла в идеальной тепловой машине (цикл Карно) и получении механической работы отношение полученной теплоты к температуре нагретого источника равно такому же отношению для холодного источника. Так как Q является в уравнении (15) приращением энергии, то можно это отношение записать в дифференциальной форме для элементарных циклов:
КУРАЕВ Михаил Николаевич (р . 1939), русский писатель. Психологические портреты, судьбы людей, причастных к трагическим событиям советской истории: Кронштадтскому восстанию 1921 (повесть "Капитан Дикштейн", 1987), сталинским репрессиям (повесть "Ночной дозор", 1988). Повесть "Маленькая семейная тайна" (1990).
КАЛОРИМЕТРИЯ , совокупность методов измерения тепловых эффектов, сопровождающих различные физические, химические и биологические процессы. Методами калориметрии определяют теплоемкости, теплоты фазовых переходов, тепловые эффекты химических реакций и т. п.
НИТРОГЛИЦЕРИН , полный эфир глицерина и азотной кислоты. Слегка желтая густая жидкость. Температура замерзания 13,5 °С. Чувствителен к удару, трению, огню. Токсичен. Теплота взрыва 6,3 МДж/кг. Применяется в нитроглицериновых взрывчатых веществах и бездымных порохах. В медицине - сосудорасширяющее средство (улучшает коронарное кровообращение), используется в растворе или в таблетках под язык при приступах стенокардии. Для профилактики приступов стенокардии применяют специальные лекарственные формы нитроглицерина (напр., препарат "Сустак").