В книге рассмотрены основные понятия, законы и уравнения термодинамики и их приложение к анализу систем с фазовыми и химическими превращениями. Рассмотрены основы термодинамики растворов и элементы кинетики химических реакций. Приведены примеры с решениями, иллюстрирующие применение полученных зависимостей. -В приложениях даны таблицы для необходимых расчетов величин.
Книга предназначена в качестве учебного пособия для студентов машиностроительных специальностей вузов. Она может быть полезна также для аспирантов, инженеров и научных работников.
Ил. 77, табл. 2; список лит. 27 назв.
ПРЕДИСЛОВИЕ
В существующих учебниках и учебных пособиях по химической термодинамике, написанных применительно к специальностям химического профиля, не рассмотрены в достаточном объеме вопросы, связанные с расчетами теплотехнических и энергетических установок. Кроме того, методика рассмотрения и изложения материала в этих пособиях отличается от принятых в курсах технической термодинамики. Это создает определенные трудности .для теплотехников.
В предлагаемом учебном пособии фазовые и химические превращения рассмотрены под углом зрения применения их в теплотехнических расчетах. Книга состоит из двух частей. В первой части приведены основные понятия, определения, законы и уравнения термодинамики с учетом области их последующего приложения в форме, обеспечивающей лучшее понимание анализа фазовых и химических превращений. При изложении материала особое внимание обращено на пояснение физического смысла рассматриваемых понятий и зависимостей, подчеркнута общность аппарата термодинамики — применимость ее для рассмотрения различных физических явлений. Уделено внимание раскрытию понятия эксергии, находящей все более широкое применение в инженерной практике при оценке необратимости процессов.
Во второй части книги аппарат термодинамики используется для рассмотрения систем с фазовыми и химическими превращениями. Расчет тепловых эффектов и условий равновесия производится с использованием таблиц стандартных величин и полных энтальпий. На основе третьего закона термодинамики дается представление о методе вычисления значений термодинамических функций. Кратко рассмотрены элементы кинетики химических реакций — раздела, тесно примыкающего к термодинамике химических превращений. Применение термодинамических зависимостей иллюстрируется примерами с решениями.
Глава XIX написана В. И. Хвостовым. Автор выражает глубокую благодарность В. И. Хвостову, просмотревшему рукопись и давшему много ценных советов.
При работе над рукописью учтены замечания и рекомендации, сделанные рецензентами: П. М. Брдликом, Г. И. Саркисовым, Ю. С. Михеевым, М. Ф. Зубаревым, А. А. Тихоновым, И. В. Ваш- > маковым, которым автор выражает глубокую благодарность.
ОГЛАВЛЕНИЕ , :tP
Предисловие ....'•..........<.........;., •$ ,
Введение........... . . ,............., . 4'
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ ТЕРМОДИНАМИКИ
Глава I. Первый закон термодинамики................. 7
§ 1. Некоторые понятия и определения ............ *j
§ 2. Энергия........................ 8'
§ 3. Формы обмена энергией ................. 9
§ 4. Степени свободы системы................. Ю
§ 5. Закон сохранения и превращения энергии........ 12
§ 6. Первый закон термодинамики............... 13
Глава II. Характеристики состояния и уравнения состояния ....... 14
§ 1. Параметры, независимые переменные и функции состояния 14
§ 2. Координаты состояния.................. 15
§ 3. Потенциалы..............."...<..... 17
§ 4. Уравнения состояния . .................. 17,
§ 5. Характеристики состава сложной системы . '.......; . 22
Глава III. Термодинамический процесс................. 25
§ 1. Аналитическое и графическое выражение процессов .... 25
§ 2. Количества работы и теплоты в процессах ....... 26
§ 3. Равновесные (обратимые) процессы ........... 29,^
§ 4. Основное уравнение термодинамики........... 33
§ 5. Абсолютная величина потенциала............ 34
§ 6. Теплоемкость ..................... ..36,
Глава IV. Открытая система...................... . 38
§ 1. Особенности открытой системы ............. 38
§ 2. Энтальпия. Уравнение первого закона термодинамики для ' "•
открытой системы.................... . 4&
§ 3. Стационарный поток. Располагаемая работа ....'.., .40
Глава V. Термодинамические циклы....... ........... 43
§ 1. Прямой цикл........ ... ^ .......... 44
§ 2. Обратный цикл' ....... ^ ... f...... *4б
§ 3. Цикл Карно и теорема Карно............... '*'
§ 4. Особенности равновесной передачи энергии между телами
с разной температурой.................. v *»
Глава VI. Второй закон термодинамики................. |Jl
§ 1. Принцип существования энтропии.......... . . м)
§ 2. Особенности неравновесных процессов ........... -••*«••
§ 3. Принцип возрастания энтропии ............ Ц-
§ 4. Энтропия изолированной системы и деградация энергии Щ
§ 5. Формулировки второго закона термодинамики ...... ••*»
§ 6, Статистическое толкование энтропии........... ^ «К
§ 7. Проблема доказательства существования энтропии .... г*»?
Глава VII. Характеристические функции............... . Ф ,
§ 1. Выражение термодинамических величин через характера- Ж
стические функции................ «У;
§ 2. Соотношения Максвелла. Уравнения Гиббса—Гельмгольца *•*'"
§ 3. Выражение работы через изменение характеристических _^
функций......................". Ж
§ 4. Общие условия равновесия сложной системы ...... '"
Глава VIII. Химический потенциал................... °{
§ 1. Парциальные мольные свойства............ •, <Ц.
§ 2. Зависимость химического потенциала от давления и тем- ^'.
пературы........................ * , [
§ 3, Химический потенциал составляющей смеси идеальных
газов......................... 86
§ 4. Летучесть и активность................ 87
Глава IX, Дифференциальные уравнения термодинамики......... 89
§ 1. Значение дифференциальных уравнений ......... 89
§ 2. Дифференциальные уравнения в независимых переменных
Г и V......................... 89
§ 3. Дифференциальные уравнения в независимых переменных Тир....................... 91
§ 4. Дифференциальные уравнения в независимых переменных
р и V......................... 93
§ б. Дифференциальные уравнения для теплоемкостей .... 94 § 6. Вычисление термодинамических величин с помощью дифференциальных уравнений................ 96
Глава X. Работоспособность термодинамических систем ......... 97
§ 1. Работоспособность системы................ 97
§ 2. Функции работоспособности ............... 98
§ 3. Работоспособность теплоты................ 101
§ 4. Уравнения, определяющие работоспособность системы ... 101
§ 5. Эксергетический к. п. д. ..'............... 102
ЧАСТЬ ВТОРАЯ ФАЗОВЫЕ И ХИМИЧЕСКИЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ
Глава XI. Фазовые превращения.................... 104
§ 1. Условия фазовогб равновесия...........•• . .' . 104
§ 2. Правило фаз Гиббса t .....; <:......... . 106-
§ 3. Фазовые превращения первого рода......»..•.. 107
§4. Уравнение Клапейрона—Клаузиуса......i ,ч." . .. МО
§ 5. Зависимость давления парообразования от температуры 113
§ 6. ^Фазовые превращения второго рода . . .-........ 115
Глава XII. Термохимия....................... 116
§ 1. Тепловые эффекты реакций ,............' . . 116
§ 2. Связь между тепловыми эффектами Д1/ и &Н....... 119
§ 3. Закон Гесса...................... 120
§ 4. Тепловые .эффекты образования веществ......... .- 122'.
§ 5. Тепловые эффекты сгорания............... 124
§ 6. Зависимость теплового эффекта реакции от температуры {уравнение Кирхгофа) ..................... 125
§ 7. Влияние давления « фазового превращения на тепловой эф- •
фект реакций ...................... .129
§ 8. Общий тепловой эффект в сложной системе...... . . 131
§ 9. Адиабатная температура сгорания ..,.,,,,.,.. 135
§ 10. Температура и давление взрыва............. 136
Глава XJH. Химическое равновесие.................. , 138
§ 1. Условия химического равновесия и закон, действующих
масс......................... 139
§ 2. Комбинирование констант равновесия ......... 142
... § 3. Химическое равновесие в гетерогенных системах .... 144
Глава XIV, Равновесное превращение ......... ^....... 145
| 1. Степень завершенности реакции и состав равновесной смеси 145
§2. Мера реакции и степень превращения-' ......... 148
1 3. Степень диссоциации................. 151
f 4. Определение состава равновесной смеси на основе закона
сохранения массы элементов . . ............ . 153
f 5. Общий тепловой эффект неполной реакции ....... 156
§ 6. Адиабатная реакция ................. 158
§ 7. Равновесная температура сгорания.........г . 160
' •- - 255
Глава XV. Химическое сродство ..,...,,, 4 ..,,..,... 168
§ 1. Уравнение изотермы реакции............... "169
§ 2. Стандартное химические сродство............ 171
| 3. Стандартное химическое сродство образования ...... 172
§ 4. Влияние фазового превращения на величину химического
:г. • сродства......................... 173
56. Определение стандартного химического сродства..... 174
| 6. Связь химического Сродства с тепловым эффектом реакции 176 Глава XVI. Зависимость константы равновесия и химического сродства от
• температуры ,............ . ....... 177
§ 1. Уравнение изобары—изохоры реакции......... 177
§ 2. Зависимость константы равновесия от температуры .... 180
-.- '". § 3, Зависимость химического сродства от 'температуры . ... 181
- • Глава XVII. Третий закон термодинамики............... 182
§ 1. Тепловая теорема Нернста.............. 183
§ 2. Третий закон термодинамики............... 185
§ 3. Свойства веществ вблизи абсолютного нуля ...... 186
Глава XVIII, Приложение третьего закона термодинамики . ... . ... 187
§ 1. Определение абсолютной величины энтропии на основе .
: калорических данных ................. 187
§ 2. Определение констант равновесия газовых реакций на
. основе калорических данных............. 189-
§ 3. Определение химических констант .......... 191
' § 4. Приближенная формула Нернста ........... 193
§ Б. Расчеты с помощью таблиц стандартных величин .... 195
; § 6. Расчеты с помощью таблиц полных энтальпий и энтропии 197
Гмва XIX. Растворы . ....... ..................... 199
il. Некоторые понятия и определения . . .......... 199
2. Термодинамическая классификация растворов ..... 200
3. Химический потенциал компонента в растворе..... -201
4. Термодинамические функции смешения.......... 202
5. Равновесие между жидким раствором и паром . . . .•••-'.* 205
6. Изменение температуры кипения растворителя .... 209
7. Кривые кипения и конденсации двойных растворов ... . 209
8. Равновесие раствор — кристалл ....... . .... 213
Глава XX. Элементы кинетики химических реакций . . . . . ... . . . 216
§ 1. Классификация химических реакций.......... 216
§ 2. Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ........................ 218
§ 3. Зависимость концентрации и скорости реакции от времени 219 § 4. Зависимость скорости реакции от температуры. Энергия
......активации .,.,..................... 222-
§ б. Цепные реакции.................... 225
§ 6. Катализ........................ 228
П'р имеры с решениями.................... 230
Приложения.......................... 239
Список' литературы..................... 249
Предметный указатель.,» . -. ............ • . • . 250
Цена: 150руб.
