Как может ΔU=ΔHΔU=ΔH\Delta U=\Delta H при постоянном объеме, если участвуют газы?

Примечание. Это не домашнее задание; Я не спрашиваю, как решить эту проблему; и даже не почему мое решение в некотором смысле неверно. Просто игнорируйте цифры в «фоновой» части. Я включил вопрос из учебника в поддержку утверждения, что «при постоянном объеме проделанная работа равна нулю». Я спрашиваю об этом с концептуальной точки зрения. Продолжу в конце поста...

Предыстория: я решал этот вопрос: рассчитать конечную температуру и изменение внутренней энергии, когда 500 . Дж энергия передается в виде тепла 0,900   м о л О 2 (   г ) в 298   К и 1,00   а т м в ( а ) постоянный объем (b) постоянное давление. Считайте газ идеальным.

Решение ( 1 ) ( 2 ) первой части , приведенной в книге, выглядит следующим образом:

От С В ,   м "=" 5 2 р и С п ,   м "=" С В ,   м + р

С В ,   м "=" 5 2 ( 8.3145   Дж К 1 м о л 1 ) "=" 20,79   Дж К 1 м о л 1 С п ,   м "=" 7 2 ( 8.3145   Дж К 1 м о л 1 ) "=" 29.10   Дж К 1 м о л 1

(а) Из Δ Т "=" д / н С В ,   м ,

Δ Т "=" 500 Дж ( 0,900   м о л ) × ( 20,79   Дж К 1 м о л 1 ) "=" + 26,7   К
Отсюда конечная температура
Т "=" 298 + 26,7   К "=" 325   К ,  или  52 С
От Δ U "=" д при постоянном объеме, Δ U "=" + 500   Дж

Вопрос: У меня проблема только в первой части; в последней строке, где автор говорит, что «От Δ U "=" д при постоянной громкости", я не понимаю, как это могло быть.

Уточнение: мы знаем, что ЧАС "=" U + п В , теперь так как мне ничего не говорят про давление в первом случае заменю п В к н р Т . Поэтому я получаю:

Δ ЧАС "=" Δ U + Δ ( н р Т ) .

Теперь, поскольку моли и газовая постоянная постоянны, я получаю:

Δ ЧАС "=" Δ U + н р Δ Т

Δ Т "=" 26,7   к , н "=" 0,900   м о л , р "=" 8.314   Дж К 1 м о л 1 и Δ ЧАС "=" 500   Дж мы получаем:

Δ U "=" 500 8.314 26,7 "=" 278.0162

Четко Δ ЧАС Δ U . Как это могло произойти?

Продолжение примечания: концептуальная формула заключается в том, как изменение энтальпии может быть равно изменению внутренней энергии при постоянном объеме; конечно, это не может из моего метода решения; нет ошибок ни в математике, ни в физике. С другой точки зрения также ясно, что работа не совершается, так как объем не расширяется, так как объем постоянен, но с другой стороны какая-то работа есть. Где я не прав? Опять же, я не спрашиваю, где моя ошибка в домашнем задании, а в концепции.

Для превращений постоянного объема соответствующий термодинамический потенциал равен U , нет ЧАС . Вы должны работать непосредственно с U , не заморачиваясь ЧАС .
@GiorgioP Я не совсем тебя понимаю, пожалуйста, уточни свой комментарий. Спасибо.
Прежде вам следует переформулировать свой вопрос в форме, более подходящей для этого сайта. В своем нынешнем виде он слишком похож на домашний вопрос, с высокой вероятностью закрытый.
@GiorgioP разве энтропия не определена для каждой системы? Вы хотите сказать, что формула энтропии недействительна для случаев постоянного объема? Если это справедливо для всех систем, то почему мое решение неверно. Если это недействительно .... ну как это может быть?
@GiorgioP это все еще похоже на домашнее задание?
Ваша проблема в том, что изменение H не равно 500 Дж. Изменение U составляет 500 Дж.
@Чет Миллер, нет, это как раз наоборот, почему изменение U составляет 500 Дж.

Ответы (2)

Постановка задачи определяет д "=" 500 Дж, н О 2 "=" 0,900 моль, Т о "=" 298 К, и п о , О 2 "=" 1,00 банкомат Газ следует считать идеальным.

Применяются эти определения (конвенция IUPAC).

Δ U "=" д + ш
Δ ЧАС "=" Δ U + Δ ( п В )

Для ОБРАТИМОГО процесса механическая работа ниже с п я н т как давление в системе.

ш м е с час "="   п я н т д В

Наконец, для идеального газа с постоянной (молярной) удельной теплоемкостью

С ¯ п "=" С ¯ В + р

Δ U н С ¯ В Δ Т         Δ ЧАС н С ¯ п Δ Т

Первое выражение всегда верно для идеального газа. Последние два выражения всегда верны для идеального газа с постоянной удельной теплоемкостью независимо от того, является ли выбранный путь обратимым или необратимым.

Часть а имеет постоянный объем, что означает Δ В "=" 0 и ш м е с час "=" 0 . Примените первый закон, чтобы найти

Δ U "=" д В "=" н С ¯ В Δ Т

где индекс В помогает уточнить, что тепловой поток имеет постоянный объем. Кроме того

Δ В ЧАС "=" д В + Δ ( п В ) "=" д В + н р Δ Т "=" н С ¯ п Δ Т

Второй крайний правый член на втором шаге получается разложением Δ ( п В ) для закона идеального газа в замкнутой системе.

все неизвестные значения могут быть определены

Часть b находится под постоянным давлением, что означает д "=" д п . Расширение для энтальпии от внутренней энергии дает

Δ п ЧАС "=" Δ U + Δ ( п В ) "=" д п + ш м е с час + Δ ( п В )

Давление постоянное. Выберите обратимый путь (поскольку энтальпия является функцией состояния), чтобы получить

Δ п ЧАС "=" д п п Δ В + п Δ В "=" д п "=" н С ¯ п Δ Т

Данный Δ Т , мы нашли

Δ п U "=" д п п Δ В н С ¯ В Δ Т

все неизвестные значения могут быть определены

Пояснения во избежание типичных концептуальных ошибок:

  • Δ U н С ¯ В Δ Т и Δ ЧАС н С ¯ п Δ Т ТОЛЬКО для идеальных газов с постоянной удельной теплоемкостью

  • ш м е с час "="   п я н т д В ТОЛЬКО для обратимых процессов

  • Δ ( п В ) "=" н р Δ Т ТОЛЬКО для идеальных газов в закрытых системах без химических реакций

  • д "=" д В в одном процессе и д "=" д п в другом процессе НИКОГДА не означает Δ U "=" Δ ЧАС в любом процессе полностью сам по себе

Ваш ответ отличный, но я не понимаю, что вы имеете в виду под первым уточнением. Вы имеете в виду, что молярная теплоемкость определена только для идеальных газов? Спасибо.
Значения молярной удельной теплоемкости для любого вещества зависят от температуры и давления. Для идеального газа молярная удельная теплоемкость зависит только от температуры. Дальнейшее предположение о постоянной молярной удельной теплоемкости дает простейшие определяющие соотношения для внутренней энергии и энтальпии. У вас ДОЛЖНЫ быть оба предположения. Просто говоря, что удельная теплоемкость постоянна, все еще означает, например, что внутренняя энергия зависит как от температуры, так и от объема (например, для неидеального газа).
Что касается точки Бергера 3, что, если произойдет химическая реакция, в которой n изменится при постоянной температуре?
@ChetMiller исправлено, спасибо

Первый закон термодинамики для идеального газа говорит нам, что

Δ U "=" н С в Δ Т "=" д ш "=" д п д В
При постоянном объеме это сводится к
Δ U "=" н С в Δ Т "=" д "=" 500   Дж
и, как вы выяснили,
Δ Т "=" 26,7   С
Теперь для Δ ЧАС :
Δ ЧАС "=" Δ U + н р Δ Т "=" 500 + ( 0,9 ) ( 8.314 ) ( 26,7 ) "=" 700   Дж
С другой стороны, для идеального газа
Δ ЧАС "=" н С п Δ Т "=" ( 0,9 ) ( 29.1 ) ( 26,7 ) "=" 700   Дж
Итак, ясно, Δ ЧАС Δ U для этого процесса. Так кто теперь не прав?

Но это не отвечает, где ошибка в моей процедуре. Разве определение энтальпии не соответствует тому, что я упомянул? Разве изменение энтальпии для случая не верно, как я написал? Разве не можно задать вопрос разными способами, но, поскольку наука непротиворечива, человек получит один и тот же ответ при условии, что метод решения правильный?
Вы, кажется, установили Δ ЧАС равно q, что в данном случае не так. Что могло заставить вас думать, что это было?
И ваша точка зрения??
Вы спросили, почему я думал д "=" Δ ЧАС для случая постоянного объема, поэтому мой ответ должен был означать, что «Да! Я сделал ошибку, действительно очень глупую ошибку. Спасибо за ответ».