Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ХИМИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
Индивидуальная работа по термодинамике необратимых процессов
(Вариант-1)
Подготовила
студентка 4 курса
группы «А»
Бабенкова Кристина
Донецк 2013
1.Дати характеристику можливим станам нерівноважної термодинамімної системи.
Для неравновесных систем (открытых и закрытых) характерны неравновесные состояния, параметры и свойства которых являются функциями времени или пространства. В общем случае неравновесную систему нельзя охарактеризовать едиными значениями Т и р.
Поэтому в таких системах могут присутствовать потоки вещества и потоки энергии.
Свойства неравновесных систем количественно характеризуются термодинамическими переменными. Только в случае, если эти т/д переменные строго фиксированны при заданных, определенных внешних условиях, они будут называться термодинамическими параметрами.
fi-свойство системы. Можно для неравновесной системы выделить состояния 4 типов.
Однородное состояние – то такое состояние неравновесной системы при котором свойства этой системы одинаковы во всех её точках ( не зависти от координат) , но меняются во времени.
Стационарное состояние –это такое состояние неравновесной системы при котором её свойства не изменны во времени, но различны в отдельных точках системы (зависятот координат).
Неоднородное и нестационарное состояние характеризуется изменением свойств системы как вдоль выбраной координаты так и со временем.
Равновесное состояние- частный случай неравновесного состояния. Состояние, в которое со временем приходит система при постоянных внешних условиях, и которое характеризуется неизменностью во времени термодинамических параметров и осутсвием в системе потоков вещества и теплоты.
В зависимости от того как меняются свойства неравновесной системы различают однородные, непрерывные, прерывные системы.
Однородные-это такие системы в которых интенсивные свойства не меняются от точки системы. Но свойства таких систем со временем будут меняться.
Непрерывные – это такие системы в которых интенсивные свойства являются непрерывной функцией от координаты.
Прерывные системы представляют собой одну или несколько однородных систем которые разделены специальным устройством.
28.Охарактеризувати термодинамічні напори інтермедіатів брутто-процесу в стаціонарному режимі перебігу реакції.
Если реакционная способностьсистемы пребывает в неравновесном состоянии, направление элементарных химических превращений определяется текущими значениями химических потенциалов этих интермедиатов. При этом для стационарного протекания реакции
Значение химических потенциалов (термодинамиеских напоров) всех интермедиатов оказываются жёстко упорядоченными условиями стационарности процесса (рис.1, 2) и описываются выражением
Где -соответсвующая данному промежуточному соединению алгебраическая комбинация величины , причём
Т.е. зависит только от химических потенциалов (напоров) реагентов и продуктов реакции, а также параметров , которые оределеяются стандартными потенциалами Гиббса образования переходных состояний между разными формами интермедиатов. Поэтому значение стандартных химических потенциалов (напоров) интермедиатов не являются функциями стационарных значений термодинамических (энергетических) характеристик непосредственно самих этих интермедиатов. Интермедиаты «накапливают эергию» исходной реакционной группы, постепенно теря её в ходе превращений в наименее энергоёмкую конечную реакционную группу.
Рис.1. Энергетическая ( в координатах химических потенциалов) диаграмма стационарного протекания реакции . (Промежуточные химические превращения осуществляются между стационарными химическими потенциалами и , которые являтся функцией параметров являются функциями стандартных химических потенциалов только переходных состоний).
Рис.2.Химические потенциаы переходных состояний («горы») и стационарных интермедиатов («озёра») для системы с множественностью путей возможных превращений исходного реагента R в конечный продукт P (уровни стационарных озёр понижаются постепенно от реагента к продукту).
36Швидкість дисипації енергії. Дисипативна функція Релея-Онзагера.
Соотношение взаимности Онзагера показівает, что если поток необратимого процесса і испытывает влияние термодинамической силы необратимого процесса j через посредство коэффициента Lij, то и поток процесса j также испытывает влияние термодинамической силы Xi через посредство тогоже самого коэффициента
Выражение для скорости производства энтропии в случае двух взаимодействующих процессов в линейной записи Онзагера примит вид
В общем виде, когда всистеме протекают k процессов,
При отсюда следует выражение для дисипации энергии
Данное подожительно определённое квадратичное выражение называют диссипативной функцией Рэлея-Онзагера.
В силу того, что при протекание в ситеме необратимых процессов величина всегда положительна, кроме соотношений взаимности для коэффициентов Онзагера оказываются справелдивы также соотношения
В обсуждаемом линейном приближении скорость производства знтропии (или, что то же, диссипации энергии) можно выразить и как квадратичную функцию потоков Ji.
Коэффициенты также называются коэффициентами Онзагера и имеют те же свойства, что и коэффициенты . Данное «потоковое» представление функции Р или является эквивалентным «силовому» представлениюи в некоторых случаях может быть даже более предпочтительно для математического анализа.
44Стійкість рішень за Ляпуновим.
Пусть система включает два внутренних параметра x и y, эволюция которых описывается системой дифференциальных уравнений
(1)
Где - координаты исходного равновесного или стационарного положения системы; - некоторый, «управляющий» параметр, характеризующий удалённость точки от положения равновесия.
Эволюция данной модели (фазовые траектории) вблизи стационарного состояния при выводе ситемы из этого состояния можно найти, линеализируя уравнение (1) по маым параметрам x и y в систему характеристических уравнений:
Где
Управляющий параметр влияет на значение параметров a, b,c и d и может менять их.
Общее решение этой системы уравнений можно записать в виде
Здесь- собственные векторы для данной системы уравнений; - характеристические чиса, которые определяются решением «векового» уравнения
Где
Устойчевые решения характеризуются возвращением решения в исходную стационарную точку с течением времени. Типы устойчивости решения зависят от знака величины характеристиеских чисел и рассмотрены на диаграмме (рис.3), изображённой в координатах ( - действительная часть; - мнимая часть характеристического числа). На диаграмме помечены 5 областей I-V, в которых сохраняется конкретный тип устойчивости.
Устойчевые точки характеризуются отрицательной действительной частью чисел и распалагаются в областях I и II , которые разделены кривой . Для точек в области I,кроме того, и, следовательно, Потому при небольшом начальном отконении от исходной точки системы неизбежно вернётся в эту же точку по кривым, схематически плмченым на рис. 3.
Рис.3. Диаграмма разных типов устойчивости особых точек системы линейных дифференциальных уравнений ( по Ляпунову).
По определению, предложенному А.М. Ляпуновым, область I соответствует устойчивым узлам. В области II , поэтому . Эта область соответствует устойчивым фокусам, поскольку эволюция системы в исходную точку описывается спиральной кривой.
Неустойчевые фокусы и неустойчивые узлы расположены соответственно в областях III и IV и также разделены кривой . На оси расположены точки типа «центр», для которых
Область V соответствует особым точкам типа «седло». Здесь , а имеют разные знаки
51Приклади прояву дисипативних структур в каталітичних системах.
Реакция елоусова-Жаботинского является фактически первым заригестрированным и ставшим к настоящему времени классическим примером возникновения легко наблюдаемых временных и пространственно-временных диссипативных структур в гомогенных абиотических химических системах.
Эта реакция быа открыта в 1951 г. советским военным химиком Белоусовым как гомогенная осциллирующая во времени реакция окисления лимонной кислоты смесью бромата калия KBrO3 в присутствии сульфата церия Ce(SO4)2 как катализатора окислительно-восстановительных процессов. В растворённой смеси этих веществ в разбавленной серной кислоте происходят переодическая реакция синхронного восстановления ионов церия, сопровождающихся одновременным образованием ионов Br-:
и реакция последующего синхронного окисления
замыкающая цикл превращений этого иона-катализатора. Осцилляция в химическом составе смеси легко визуально фиксируется в виде переодического изменения цвета рарствора вследствие упомянутых синхронизированных во воемени изменений степени окисления гомогенного катализатора. Осцилляции наблюдаются в процессе, сопряжённом с основной катализируемой реакцией – реакцией окисления лимонной кислоты.