saveliev1 (797913), страница 47
Текст из файла (страница 47)
Однако Ом неудобен для масс-спектрографического сравнения с массаыи других атомов и молекул. Весьма удобен для этой цели один из изотопов углерода. Поэзо«~у состоявшаяся в 1960 г. Х Генеральная ассамблея Международного со~оза чисгой и прикладной нзнки (ЮПЛП) рекомендовала шкалу С'э=12. В связи с этим СССР приняла решение о переходе к новой шкале атомных и молекулярных весов. химически сложных вещества, взятых в таких количе. ствах, что их массы относятся как молекулярные веса, будут содержать по одинаковому числу молекул. Такое количество данного элемента, масса которого, выраженная в килограммах, численно равна его атомному весу, называют килограмм-атомом. Такое количество данного вещества, масса которого, выражен* ная в килограммах, численно равна его молекулярному весу, называется килограмм-молекулой илй кратко к и л о м о л е м (обозначается клюль».
В СГС вЂ” системе вместо ююограмм-атома пользуются гр а и ив т о м о и (представляющнм собой Л граммов данного элемента), а вместо килограмм-молекулы — гр а и м- молекулой. нлн м о л е м !которытт представляет собой Л! граммов данного вещества). Масса килограмм-молекулы р численно равна молекулярному весу М. Это служит причиной того, что )г шюгда называют молекулярным весом. Однако следует иметь в виду, что, в то время как М вЂ” величина безразмерная, масса киломаля и имеет размерность кг/кмоль. Очевидно, что, рассматривая атомы как одноатомные молекулы, килограмм-атом можно считать килограмм- молекулой, для которой )т численно равна А.
Поскольку массы килограмм-молекул относятся как соответствующие молекулярные веса, киломоли всех веществ содержат одно и го же число молекул, равное /эх г и Л) г что численно равно !/т„т. Число А>л называется числом Авогадро. Опытным путем найдено, что Фд =6,023 ° 10'в кмоль '. В СГС-снстеме числом Авогадро называют пасло молекул в грамм-молекуле вещества. Следовательно, в этой скстеме )У = 6,023 )бтз .ноль Л— Зная число Авогадро, можно найти единичную массу птед. В самом деле, тсп численно равна 1//тд, т. е, 1/6,023 ° 10за = 1,66. 10 з' кг.
Таким образом, масса любого атома равна 1,66 ° 1О тг А хг, масса любой молекулы равна 1,66.10-'" М кг. я) И. в. Савельев, т. ! зпб Теперь произведем оценку размеров молекул. Есте. ственпо предположить, что в жидкостях молекулы рас. полагаются довольно близко друг к другу. Поэтому приближенную опенку объема одной молекулы можно получить, разделив объем киломоля какой-либо жидкости, например воды, на число молекул в киломоле Фл.
Киломоль (т. е. 18 кг) воды занимает объем 0,018 мз, Следовательно, на долю одной молекулы приходится объем, равный "„" =30. 10 6 !Ом Отсюда следует, что линейные размеры молекул воды приблизительно равны У30.10 =3 10 "м=3А. Молекулы других веществ также имеют размеры порядка нескольких ангстрем. $93. Состояние системы. Процесс Системой тел или просто системой мы будем называть совокупность рассматриваемых тел. Примером системы может служить жидкость и находящийся в рав.
новесии с ней пар. В частности, система может состоять из одного тела. Всякая система может находиться в различных состояниях, отличающихся температурой, давлением, объемом и т, д. Подобные величины, характеризующие состояние системы, называются и а р а м е т р а м н с остоя ни й. Не всегда какой-либо параметр имеет определенное значение. Если, например, температура в разных точках тела неодинакова, то телу нельзя приписать определенное значение параметра 7. В этом случае состояние называется неравновесным.
Если такое тело изолировать от других тел и предоставить самому себе, то температура выравняется и примет одинаковое для всех точек значение Т вЂ” тело перейдет в равновесное состояние. Это значение Т не изменяется до тех пор, пока тело не будет выведено из равновесного состояния воздействием извне. То же самое может иметь место и для других параметров, например для давления р.
Если взять газ, за. ключенньш в цилиндрическом сосуде, закрытом платно пригнанным поршнем, и начать быстро вдвигать поршень, то под нпм образуется газовая подушка, давление в которой будет больше, чем в остальном объеме газа. Следовательно, газ в этом случае пе может быть охарактеризован определенным значением давлении р и состояние его будет неравновесным. Однако если прекратить перемещение поршня, то давление в разных точках объема выравняется и газ перейдет в равновесное состояние. Итак, равновесным состоя и нем системы называется такое состояние, при котором все параметры системы имеют определенные значения, остающиеся при неизменных внешних условиях постоянными сколь угодно долго, Если по координатным осям откладывать значения каких-либо двух параметров, то любое равновесное состояние системы может быть изображено точкой иа этом графике (см., например, точку 1 на рис.
212). Неравновесное состояние не может быть изобра- / жено таким способом, потому что хотя бы один из параметров не будет иметь в неравновесном состоянии определенного значения. Всякий процесс, т. е. переход системы нз одного состояния в другое, связан с нарушением равновесия системы. Следова- Рис. 212. тельно, при протекании в системе какого-либо процесса она проходит через последователь= ность неравновесных состояний.
Обращаясь к уже рассмотренному процессу сжатия газа в сосуде, закрытом поршнем, можно заключить, что нарушение равновесия при вдвигании поршня тем значительнее, чем быстрее производится сжатие газа. Если вдвигать поршень очень медленно, то равновесие нарушается незначительно и давление в разных точках мало отличается от некото.
рого среднего значения р. В пределе, если сжатие газа происходит бесконечно медленно, газ в каждый момент Ю~ зву времени будет характеризоваться определенным значением давления. Следовательно, в этом случае состояние газа в каждый момент времени является равновесным н бесконечно медленный процесс будет состоять нз последовательности равновесных состояний. Процесс, сос1оящнй из непрерывной последователь.
ности равновесных состояний, называется равновесным. Из сказанного следует, что равновесным может быть только бесконечно медленный процесс, поэтому равновесный процесс является абстракцией. Равновесный процесс может быть изображен на графике соответствующей кривой (рис. 2!2). Неравновесные процессы мы будем условно изображать пунктирными кривыми. Понятия равновесного состояния и равновесного про. цесса играют большую роль в термодинамике.
Все количественные выводы термодинамики строго применимы только к равновесным процессам. й 94. Внутренняя энергия системы Внутренней энергией какого-либо тела называется энергия этого тела за вычетом кинетической энергии тела как целого и потенциальной энергии тела во внешнем поле сил. Так, например, при определении внутренней энергии некоторой массы газа не должна учитываться энергия движения газа вместе с сосудом н энергия, обусловленная нахождением газа в поле сил земного тяготения. Следовательно, в понятие внутренней энергии включаются кинетическая энергия хаотического движения молекул, потенциальная энергия взаимодействия между молекулами н внутримолекулярная энергия.
внутренняя энергия системы тел равна сумме внуг. ренннх энергий каждого из тел в отдельности и энергии взаимодействия между теламн, представляющей собой энергию межмолекулярного взаимодействия в тонком слое ва границе между телами. Внутренняя энергия является функцией состояния системы. Это означает, что всякий раз, когда система оказывается в данном состоянии, ее внутренняя энергия принимает присущее этому состоянию значение, нева.
висимо от предыстории системы. Следовательно, изме. 308 пение внутренней энергии при переходе системы из одного состояния в другое будет всегда равно разности значений внутренней энергии в этих состояниях, нева. внсимо от пути, по которому совершался переход, т. е. независимо от процесса или совокупности процессов, приведших к переходу системы из одного состояния в другое. ф 95.
Первое начало термодинамики Внутренняя энергия может изменяться за счет в основном двух различных процессов: совершения над те лом работы А' н сообщения ему количества тепла 9.. Совершение работы сопровождается перемещением внешних тел, воздействующих на систему. Так, например, при вдвиганни поршня, закрывающего заключенный в сосуде газ, поршень, перемещаясь, совершает над газом работу А'.
По третьему закону Ньютона газ при этом совершает над поршнем работу А = — А'. Сообщение телу тепла не связано с перемещением внешних тел и, следовательно, не связано с совершением над телом макроскопической (т. е. относящейся ко всей совокупности молекул, нз которых состоит тело) работы. В этом случае изменение внутренней энергии обусловлено тем, что отдельные молекулы более нагретого тела совершают работу над отдельными молекулами тела, нагретого меньше. Передача энергии происходит при этом также через излучение. Совокупность микроскопических (т.
е. захватывающих не все тело, а отдельнь1е его молекулы) процессов, приводящих к передаче энергии от тела к телу, носит название тепло- передачи. Подобно тому как количество энергии, переданное одним телом другому, определяется работой А, совершаемой друг над другом телами, количество энергии, переданное от тела к телу путем теплопередачи, определяется количеством тепла Я, отданного одним телом другому. Таким образом, приращение внутренней энергии системы должно быть равно сумме совершенной над системой работы А' и колпчества сообщенного системе тепла Я: Уз — (,', = Я+ А'. (95А) Здесь Ц и (!з — начальное н конечное значения внутренней энергии системы.
Обычно вместо работы А', совершаемой внешними телами пад системой, рассматривают работу А (равную — А'), совершаемую системой над внешними телами. Подставив — А вместо А' и разрешив относительно Я, уравнение (95Л) можно привести к виду Я = (!~ — сг, + А. (95.2) Уравнение (95.2) выражает закон сохранения энер. гии и представляет собой содержание первого закона (нач ал а) терм один а мики. Словами его можно выразить следующим образом: количество тепла, сообщенное системе, идет на приращение внутренней энергии системы и на совершение системой' работы над внешними телами.
Сказанное отнюдь не означает, что всегда при сообщении тепла внутренняя энергия системы возрастает. Может случиться, что, несмотря на сообщение системе тепла, ее энергия не растет, а убывает ((!з ( Ц), В этом случае согласно (95.2) А > 1,), т. е. система совершает работу как за счет получаемого тепла 1;), так и за счет запаса внутренней энергии, убыль которой равна с!! — Сгз. Нужно также иметь в виду, что величины Я и А в (95.2) являются алгебраическими (1;) < 0 означает, что система в действительности не получает тепло, а отдает). Из (95.2) следует, что количество тепла Я можно измерить и тех же единицах, что и работу илн энергию.
В СИ единицей количества тепла служит джоуль. Лля нзмеревия колвчестна тепла применяется также особая единица, называемая калорией Одна калория равна количеству тепла, необходимому для нагревания 1 г воды от !9,8 до 20,8'С. Тыснча калорий называется большой калорией нли килокалорней, Опытным путем установлено, что одна калория эквивалентна 4,18 дж. Следовательно, один джоуль эквивалентен 0,24 яал. Величина 1 = 4,!8 дж/кпл называется и е х а и н ч е с к н м эк в н в алентом тепла.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
