Развитието на термодинамиката не е осъществено, докато понятията за енергия, работа и топлина не бъдат диференцирани и изяснени.
1- Как се измерва енергията?
The Енергия тя е известна като способността на системата да произвежда работа. Всяка химическа система при дадено налягане и температура има: количество енергия, която е макроскопски измерима, и количество енергия, складирана вътре в нея поради нейния състав, което се нарича вътрешна енергия.
Най-известната единица енергия е калории (кал) и съответства на количеството енергия, необходимо за повишаване на температурата на 1 g вода с 1 ° C. Тъй като това количество енергия е много малко, то килокалория (kcal), като се има предвид, че 1 kcal е равно на 1000 кал.
Международната система (S.I) обаче определя, че единицата енергия е Джоул (J).
1.1- Какво е вътрешна енергия?
Общата енергия на системата е сбор от всички кинетични енергии (Ек) и потенциални енергии (Ep) на съставните му части и е известен като вътрешна енергия на системата (U), което съответства на функция на състоянието. Тъй като системите са изградени от голям брой атоми, йони или молекули, е трудно да се измери количеството и разнообразието от движения и взаимодействия, които имат, или точната енергия на системата. Следователно това, което може да бъде измерено, са промените във вътрешната енергия, които съпътстват физическите и химичните процеси, като я определят като разлика между вътрешната енергия на системата в края на процеса и тази, която е имала в началото:
U = U (окончателно) - U (първоначално)
Единиците за вътрешна енергия, както и други термодинамични величини, са съставени от три части; число, единица, която дава величината на промяната и знак, който дава посоката. По този начин е ясно, че енергията, която една система губи, трябва да бъде получена от околната среда и обратно:
При химична реакция първоначалното състояние на системата се отнася до реагентите, а крайното състояние към продуктите:
Когато енергийното съдържание на продуктите е по-малко от това на реагентите, вътрешната енергия за процеса е отрицателна. Това предполага, че вътрешната енергия на реагентите е по-голяма от тази на продукта:
2- Какво е работа?
Обикновено, когато говорим за работа, се разбира, че трябва да използваме мускулите си, изразходвайки голямо количество енергия или да положим определени усилия, за да изпълним дадена задача. В химическо отношение обаче работата е свързана с количеството сила, умножено по разстоянието на тази сила:
W = F • d
Работата (W) се изчислява чрез умножаване на силата (F), упражнявана върху тялото, по разстоянието (д), че работи.
Единицата за измерване в Международната система от единици е джаул (J) и се определя като работата, извършена със силата на 1 нютон (N) по разстоянието 1 метър.
3- Каква е разликата между топлината и температурата?
През лятото температурата е много по-висока, отколкото през зимата, поради което често се казва, че по това време „ни е горещо“, но от термодинамична гледна точка тази идея не е правилна.
Това се дължи на факта, че горещо (q) е енергията, която се прехвърля от една система в друга като последица от температурна разлика, докато термично равновесие, тоест, когато и двете системи достигнат една и съща температура. The температура, от друга страна, това е мярката на кинетичната енергия на молекулите на системата. Когато системата получава топлина, скоростта, с която тези молекули се движат, се увеличава. Колкото по-висока е кинетичната енергия, толкова по-висока е температурата и обратно.
4- Възможно ли е да се измери топлинният поток?
Извиква се измерването на топлинния поток калориметрия и се нарича апаратът, който измерва топлинния поток калориметър. Пример за калориметър е термос или контейнер, заобиколен от изолационен материал.
Количеството енергия, което тялото поглъща, зависи от неговия топлинен капацитет (С), определен като количеството топлина, необходимо за повишаване на температурата му с 1 градус. По този начин, колкото по-голям е топлинният капацитет на дадено тяло, толкова повече топлина е необходима за повишаване на температурата.
Обикновено топлинният капацитет се изразява на мол или на грам вещество, но когато се изразява на грам вещество, той се нарича специфична топлина (и) и ако се изразява на мол вещество, се нарича моларен топлинен капацитет (° С).
Специфичната топлина на дадено вещество може да бъде определена експериментално чрез измерване на промяната в температурата, на която се подлага известна маса на веществото, когато определено количество топлина печели или губи. По този начин:
Специфичната топлина на различните вещества е показана по-долу:
5. - Как са свързани топлината, работата и енергията?
Всяка система може да обменя енергия със заобикалящата я среда по два основни начина, като топлина и като работа. Вътрешната енергия на системата се променя, когато преносът на топлина се извършва под формата на топлина или работа. По този начин връзката между промяната във вътрешната енергия, топлина и работа се дава от следния израз, който съответства на Първи закон на термодинамиката:
Δ U = q • w
От това може да се каже, че:
- Когато топлината се прехвърля от околната среда към системата, топлината има положителен знак;
- Когато топлината се предава от системата към околната среда, топлината има отрицателна стойност;
-Когато средата работи върху системата, работата има положителна стойност;
- и когато системата работи върху околната среда, работата има отрицателна стойност.
Гореспоменатото е представено по-долу:
Когато топлината, погълната от системата, и работата, извършена върху системата, са положителни количества, те допринасят за увеличаване на вътрешните енергийни промени в системата.
Когато една система поглъща енергия, т.е. вътрешната енергия се увеличава, това означава, че околната среда работи върху системата и енергията се прехвърля в системата под формата на топлина, процес, известен като ендотермичен. От друга страна, когато системата работи върху околната среда и доставя топлина, процесът ще освободи енергия в околната среда, превръщайки се в екзотермичен процес, както показва следната схема: