Работа рассширения при различных процессах. Энтальпия.

Рассмотрим работу рассширения, совершаемую одним молем идеального газа, в различных условиях:

1). Изотермический процесс (T = const). Поскольку внутренняя энергия идеального газа зависит только от температуры и не зависит от объёма (закон Джоуля), то

U = const Þ dU = 0, (1.7)

тогда

dQ – dA = 0 Þ dQ = dA = . (1.8)

Воспользуемся уравнением состояния идеального газа:

pV = RT Þ p = , (1.9)

тогда

Q_T = A_T = . (1.10)

Таким образом, работа обратимого изотермического расширения идеального газа совершается только за счет подведенной теплоты.

2). Изохорный процесс (V = const). Следовательно

A_V = 0. (1.11)

Тогда

dQ_V = dU, (1.12)

Q_V = ∆ U. (1.13)

Вся теплота, подведенная к системе, идет на увеличение внутренней энергии. Таким образом, Q_V является мерой изменения внутренней энергии (в изохорном процессе работа расширения не совершается).

3). Изобарный процесс (p = const). В соответствии с первым законом

, (1.14)

или

, (1.15)

т. е. не вся теплота, подведенная к системе, идет на увеличение внутренней энергии. Часть ее расходуется на работу расширения.

Последнее выражение можно записать в следующем виде:

. (1.16)

Введем новую функцию состояния — энтальпию:

. (1.17)

Следовательно,

, (1.18)

т. е. теплота изобарного процесса равна изменению энтальпии.

Изменение энтальпии как функции состояния не зависит от пути протекания процесса, и является полезной величиной при анализе различных термодинамических процессов.

Для химических реакций в газовой фазе справедливо:

Q_P – Q_V = ∆ (pV) = ∆ nRT, (1.19)

т. е.

∆ H = ∆ U + ∆ nRT, (1.20)

где ∆ n — изменение числа моль газообразных веществ в ходе реакции.

Итак, ∆ U соответствует тепловому эффекту изохорного процесса, а ∆ H – изобарного.