ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
Перегруппируем члены этого соотношения:
A
Т
= (U
1
– TS
1
) – (U
2
– TS
2
).
В правой части последнего соотношения в скобках получается разность свойств системы для начального и конечного
состояния. Комбинация свойств системы сама является её свойством. Это свойство системы обозначается символом
F:
F ≡ U – TS.
Учитывая вышеизложенное, для суммарной работы изотермного процесса получим
A
T
≤ F
1
– F
2
, или A
T
≤ –
∆F.
Свойство системы F было впервые введено Массье (1869) и несколько позже Гиббсом (1875), однако стало широко
известно после статьи Гельмгольца (1882), поэтому оно и получило название
«свободная энергия Гельмгольца». В отече-
ственной литературе это свойство системы часто называют
изохорно-изотермным потенциалом. Сокращённо – изохор-
ный потенциал
. Это название небезукоризненно, так как F имеет размерность энергии.
Если совершается элементарная работа против сил внешнего давления, то:
PdV ≤ –
dF.
При постоянном объёме и температуре имеем: d
F ≤ 0. Такая система, если на неё действует только сила давления,
вообще никакой работы совершать не будет. Следовательно, в системе сохраняющей постоянными температуру и объём
и не подверженной действию никаких сил, кроме сил давления, свободная энергия Гельмгольца или уменьшается (в са-
мопроизвольном процессе), или остаётся постоянной (в равновесии).
Герман Людвиг Фердинанд фон Гельмгольц (1821 – 1894). Родился 31 августа 1821 г. в Потсдаме. Немецкий
физик и физиолог.
Учился в Военно-медицинском институте и университете в Берлине. В 1842 г. получил степень доктора. Про-
фессор физиологии Кёнигсбергского (1849 – 1855), Боннского (1855 – 1858), Гейдельбергского (1858 – 1871) универ-
ситетов
; профессор физики Берлинского университета (1871 – 1888). С 1888 г. президент Физико-технического ин-
ститута (Берлин – Шарлоттенбург).
Сформулировал и математически обосновал (1847) закон сохранения энергии, отметив его всеобщий характер
для механических, тепловых, электрических, физиологических и других процессов. Разработал термодинамическую
теорию химических реакций.
Член Петербургской (1868), Берлинской (1871) и других академий наук. В 1873 г. получил медаль Г. Копли.
Второй закон термодинамики даёт критерий самопроизвольности процессов, протекающих в изохорно-изотермных
условиях:
уменьшение свободной энергии Гельмгольца. Так как любое самопроизвольное изменение системы сопровож-
дается убылью её исходной энергии, то при наступлении равновесия значение свободной энергии Гельмгольца достигает
минимума, и, следовательно,
dF = 0, или d
2
F > 0.
Перейдём теперь к рассмотрению более важного для практики случая существования системы: P = const и T = const.
Познакомимся с ещё одним свойством системы:
G ≡ U – TS + PdV.
Это свойство системы ввёл в термодинамику Дж. У. Гиббс. Оно называется свободной энергией Гиббса или изобар-
но-изотермным потенциалом
. В американской научной литературе, следуя Г. Льюису, используют термин «свободная
энергия»
.
Так как
U – TS ≡ F, а U + PdV ≡ H,
то
G ≡ F + PdV и G ≡ H – TS.
Как уже нами упоминалось, полная максимальная работа изохорно-изотермного процесса равна убыли свобод-
ной энергии Гельмгольца. При постоянном давлении, если полная работа равна сумме максимально полезной работы
и работы расширения системы, можно записать, что
A
T, max
= F
1
– F
2
=
max,T
A
′
+ P(V
2
– V
1
),
или
max,T
A
′
= (F
1
+ PV
1
) – (F
2
+ PV
2
).
Так как правая часть этого уравнения является разностью свободных энергий Гиббса в двух состояниях системы, то
max,T
A
′
= –
∆G
T
.
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
- …
- следующая ›
- последняя »
