Теоретические основы защиты окружающей среды А. Г. Ветошкин

15.01.2015 Флора 1 комментариев

У нас вы можете скачать книгу Теоретические основы защиты окружающей среды А. Г. Ветошкин в fb2, txt, PDF, EPUB, doc, rtf, jar, djvu, lrf!

Общая характеристика термодинамического метода сводится к следующему. Термодинамика базируется на небольшом числе крупных логических обобщений научной и практической деятельности людей.

Ни один из ныне известных фактов не противоречит этим обобщениям. На их основе, используя богатый физико-математический аппарат, выводят ряд отдельных законов и физико-химических соотношений, пригодных для решения более частных и многочисленных физико-химических задач. Таким образом, термодинамика покоится на методе дедуктивного мышления от общего - к частному.

В этом смысле термодинамика в высшей степени абстрактна. Термодинамика в классической форме дает ответ лишь о направлении протекания процессов, условиях равновесия системы, ничего не сообщая о скорости процесса, времени достижения равновесия.

Термодинамика приложима только к системе с достаточно большим числом атомов или молекул, для которой действительны статистические законы. Однако ее нельзя применять к Вселенной, ибо термодинамика создана на основании обобщения опытных данных для закрытых систем и только для них безоговорочно справедлива.

Возникновение термодинамики как самостоятельной дисциплины относится к середине прошлого века, хотя некоторые ее закономерности закон Гесса, принцип Карно были установлены значительно раньше.

Развитие различных прикладных направлений термодинамики постепенно привело, к их превращению в самостоятельные разделы, из которых можно выделить общую, техническую и химическую термодинамику.

В курсе технологоэкологических основ природопользования в большей степени, чем остальное, востребуется обычно знание химической термодинамики. Предметом химической термодинамики служит термодинамическое рассмотрение явлений, относящихся к области химии. Представление о сути термодинамического метода позволяет экологу любого профиля осознать его богатые возможности и более обоснованно оценивать разработанные с его применением и предлагаемые к применению технолого-экологические решения.

Система - тело или группа тел, находящихся во взаимодействии и мысленно обособляемых от окружающей среды. Границы системы можно выбирать произвольно, в том числе физические поверхности раздела. По степени однородности свойств системы делят на гомогенные и гетерогенные. В последнем случае они включают несколько фаз. По степени взаимодействия с окружающей средой различают системы изолированные и неизолированные, закрытые и открытые.

Изолированные системы - это системы, имеющие постоянный объем, через границы которых не происходит обмена веществом или анергией с окружающей средой. В противном случае мы имеем дело с неизолированной системой. Закрытые системы не обмениваются веществом с другими системами. Их взаимодействие с ними ограничивается только передачей теплоты и работы. Предметом термодинамического изучения являются только закрытые системы. Состояние системы определяется ее свойствами термодинамическими параметрами.

Свойства системы зависят только от ее начального и конечного состояния и не зависят от пути перехода из одного состояния в другое. Различают интенсивные и экстенсивные свойства. Экстенсивные свойства пропорциональны количеству вещества. К их числу относятся масса и объем системы. Если к веществу массой 1 кг или объемом 1 л добавить еще такую же массу и объем, то масса и объем объединенной системы составят 2 кг и 2 л.

Другими словами, экстенсивные свойства системы являются аддитивными, то есть суммирующимися. Интенсивные свойства не зависят от количества вещества, не аддитивны. К ним относятся температура, давление, плотность. Наиболее важными и часто используемыми свойствами системы являются давление, объем, температура и состав. Переход системы из одного состояния в другое называют процессом. Если при его проведении изменяется состав, то такой процесс именуют химической реакцией.

К весьма важным в термодинамике относятся понятия теплоты и работы. Они не являются функциями состояния и проявляются только при проведении процесса, служат формами передачи энергии общей меры всех видов движения от системы к окружающей среде и обратно. Не будучи функцией состояния, работа и теплота зависят от пути проведения процесса. В соответствии с современными термодинамическими представлениями работа есть упорядоченная форма передачи энергии, а теплота является неупорядоченной формой ее передачи.

Одним из наиболее фундаментальных термодинамических понятий является внутренняя энергия U. Она относится к параметрам состояния и в фи- Этого достаточно для успешного применения понятия внутренней энергии. Изменение внутренней энергии является термодинамическим параметром системы. Первый закон термодинамики устанавливает связь между количеством получаемой или выделяемой теплоты, количеством произведенной или полученной работы и изменением внутренней энергии системы при проведении термодинамического процесса.

Таким образом, во всяком круговом процессе работа, совершенная системой, точно равна поглощенной ею теплоте. Следовательно, если в круговом процессе тепло не поглощается, то не производится и работа. Из сказанного вытекает одна из наиболее ярких формулировок первого закона термодинамики: Имеются и другие, равноценные, формулировки первого закона. Одна из них - формулировка закона сохранения энергии: Математическое выражение первого закона термодинамики может быть дано в различных формах.

Для процессов, связанных с бесконечно малыми изменениями, уравнение 1. Из него выводится множество формул, связывающих различные переходы одного вида энергии в другой, определяющих зависимости тепловых эффектов реакции и теплоемкостей от тем- Второй закон термодинамики показывает, в каком направлении в заданных условиях температура, давление, концентрация и т.

Вовторых, закон определяет предел возможного самопроизвольного течения процессов, то есть его равновесное в данных условиях состояние. Для различных термодинамических процессов существуют свои критерии, характеризующие направление и предел их протекания.

В общем случае самопроизвольное развитие взаимодействия между различными частями системы возможно только в направлений выравнивания интенсивных свойств температуры, давления, электрического потенциала и др.

Достижение этого состояния является пределом самопроизвольного течения процесса, условием равновесия. Для изолированных систем критерием, определяющим самопроизвольное течение процесса, служит термодинамический параметр, получивший название энтропии S.

В этих системах при протекании необратимых процессов энтропия возрастает и достигает максимальных значений при равновесии процесса: В неизолированных системах о направлении процесса судят по изменению термодинамических потенциалов, также являющихся функциями состояния. Так, для процессов, протекающих при постоянных температуре и давлении, направление и предел самопроизвольного протекания процесса определяются с помощью изобарно-изотермического потенциала сокращенно - изобарного потенциала или, как принято в современной физической химии, энергии Гиббса G: Реакции, которые сопровождались бы увеличением G, как самопроизвольные в принципе невозможны.

Для термодинамических процессов, протекающих при постоянной температуре и объеме, роль аналогичную энергии Гиббса выполняет энергия Гельмгольца, или изохорно-изотермический потенциал изохорный потенциал. Второй закон термодинамики указывает направление возможного процесса, но ничего не сообщает о его скорости. Между тем термодинамически Основной смысл третьего закона сводится к утверждению, что при абсолютном нуле температуры энтропия правильно образованного кристалла любого соединения в чистом состоянии равна нулю.

При любом другом состоянии вещества его энтропия больше нуля Смачивание и капиллярные явления Жидкости - это вещества, которые сохраняют свой объем, но не имеют постоянной формы, принимая форму сосуда, в котором находятся.

Сохранение объема жидкости показывает, что между ее молекулами действуют силы притяжения, а расстояние между молекулами меньше радиуса молекулярного взаимодействия. Иными словами, в объеме, размеры которого меньше радиуса действия сил молекулярного взаимодействия, наблюдается упорядоченное, расположение молекул жидкости.

Однако в объеме с размерами больше радиуса взаимодействия сил молекулярного притяжения доминируют силы броуновского движения молекул, что приводит к их хаотическому перемещению. Таким образом, все пространство, занятое жидкостью, состоит как бы из множества зародышей кристаллов, которые, однако, неустойчивы, распадаются в одном месте, но снова возникают в другом. В этом смысле говорят, что в жидкости существует ближний порядок.

По своим свойствам жидкости занимают промежуточное положение между газами и твердыми телами. Из явлений, связанных со свойствами жидкости, наиболее часто в технологических процессах имеют дело со смачиванием и капиллярными явлениями. При контакте различных веществ с жидкостями наблюдаются различной степени силовые и физико-химические взаимодействия. Например, при опускании и вынимании стеклянной палочки в ртуть и в воду оказывается, что молекулы ртути притягиваются друг к другу сильнее, чем к молекулам стекла, а молекулы воды притягиваются друг к другу слабее, чем к молекулам стекла.

Если молекулы жидкости притягиваются друг к другу слабее, чем к молекулам твёрдого вещества, то жидкость называют смачивающей это вещество. Если молекулы жидкости притягиваются друг к другу сильнее, чем к молекулам твердого вещества, то жидкость называют не смачивающей это вещество. В целом при контакте жидкости с поверхностью твердого тела можно выделить два предельных случая: Рассмотрим вариант с горизонтальной поверхностью.

При нанесении капли на твердую горизонтальную поверхность в атмосфере воздуха возникает периметр соприкосновения капли с поверхностью периметр смачивания , в каждой точке которого сходятся силы поверхностного натяжения на границе твердое тело - газ, твердое тело - жидкость и Силы поверхностного натяжения действуют вдоль поверхности.

Произвольная точка периметра смачивания станет точкой приложения трех указанных сил рис. Рис Краевые углы для смачивающей а и несмачивающей б жидкостей При достижении равновесия получим соотношение, называемое уравнением Юнга: Получить на поверхности тела каплю при полном смачивании нельзя. Полное несмачивание, то есть краевой угол равный , практически не встречается, так как между жидкостью и твердым телом всегда действуют силы притяжения.

Однако теоретически капля жидкости на горизонтальной поверхности твердого тела в этом случае должна иметь форму шара. Значения краевого угла, образуемого водой на поверхности различных твердых тел, в воздушной атмосфере равны: В варианте смачивания жидкость у краев сосуда, в который она налита, приподнимется, а при несмачивании - опустится. В узких трубках искривится вся свободная поверхность жидкости.

При круглом сечении трубки эта поверхность представляет собой часть поверхности сфе- У смачивающей жидкости образуется вогнутый мениск, а у несмачивающей - выпуклый. Рис Форма поверхности смачивающей а и несмачивающей б жидкостей и капиллярные явления в трубках Так как площадь изогнутой поверхности мениска больше, чем площадь внутреннего сечения трубки, то жидкость, стремясь к минимуму энергии, под действием молекулярных сил будет пытаться создать плоскую поверхность.

Возникает дополнительное давление Р. При смачивании вогнутый мениск оно направлено от жидкости, а при несмачивании выпуклый мениск - внутрь жидкости.

Величина этого давления определена французским ученым П. Лапласом и потому его часто называют лапласовским. При погружении узкой трубки в смачивающую жидкость лапласовское давление поднимает последнюю над ее уровнем в широком сосуде с плоским мениском.

При несмачивающей жидкости имеет место противоположная картина см. Явления, обусловленные втягиванием или выталкиванием жидкости в капиллярах трубки, диаметр которых соизмерим с диаметром волоса , называются капиллярными явлениями. Можно показать, что силы лапласовского давления не только поднимают и опускают жидкость в тонких капиллярах, но и стремятся притянуть смачивающая жидкость или оттолкнуть несмачивающая жидкость твердые поверхности, в контакте с которыми находятся частицы круглой формы, параллельные пластины и т.

Явления смачивания и капиллярные явления играют большую роль в природе. По капиллярам растений поднимается влага из почвы, достигая всех его частей вплоть до вершины. По капиллярам почвы влага поднимается на ее поверхность, где испаряется, а земля иссушается. В технике смачивание и капиллярные явления в ряде случаев также играют определяющую роль, например при сушке капиллярно-пористых тел древесина, бетон, другие строительные материалы , при окомковании мел- Сильное развитие поверхности количественное изменение приводит в данном случае к появлению новых качеств, новых свойств, присущих только коллоидам.

Эти свойства позволяют рассматривать коллоидные системы как особое состояние вещества качественное изменение , характеризуемое, в частности, сильным развитием адсорбционных процессов. Дисперсные системы - это такие системы, в которых одно вещество распределено в среде другого в виде очень мелких частиц. Они состоят из двух или большего числа фаз, то есть являются гетерогенными. Распределяемое вещество называют дисперсной фазой, а вещество, в котором распределяется дисперсная фаза, - дисперсионной средой.

Частицы дисперсной фазы составляют самостоятельную фазу, обладающую некоторой поверхностью, отделяющей ее от дисперсионной среды. Разделение коллоидной системы на дисперсную фазу и дисперсионную среду достаточно условно. Обычно придерживаются правила, что дисперсионной среды должно быть больше, чем дисперсной фазы.

Размер частиц коллоидной фазы лежит в пределах см. Верхний их предел ограничен тем, что за ним идут уже обычные молекулярные растворы, размеры отдельных молекул которых имеют порядок см. Нижний предел обусловлен тем, что при больших чем см размерах коллоидные системы теряют одно из основных своих качеств - способность к тепловому броуновскому движению частиц дисперсной фазы в газообразной и жидкой дисперсионных средах. В связи со столь малыми размерами дисперсной фазы коллоидные системы часто называют ультрамикрогетерогенными системами, а также коллоидными растворами.

Близки к коллоидным по свойствам и более грубые системы размеры частиц см , называемые микрогетерогенными. В указанном диапазоне размеров коллоидные частицы полидисперсны, то есть существенно различаются. Монодисперсные, можно получить только искусственно, пользуясь специальными приемами. В целом по размерам частиц коллоидные и микрогетерогенные системы занимают промежуточное положение между молекулярно-дисперсными системами растворами и системами с более крупными грубодисперсными частицами.

Цели и задачи дисциплины. Целью изучения дисциплины является изучение современных подходов к обеспечению экологической безопасности на промышленных объектах. Жидкостями называются вещества, находящиеся в конденсированном состоянии,. Тема 7 Первое начало термодинамики 1.

Формулировка первого начала термодинамики 2. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам 1. Формулировка первого начала термодинамики На. Системой будем называть тело или группу тел, отделенных от окружающей среды реальной или мысленной границей.

Молекулярная физика Молекулярно-кинетическая теория Молекулярно-кинетическая теория объясняет строение и свойства тел движением и взаимодействием атомов молекул и ионов из которых состоят тела. Эйнштейн Термодинамика ТД - это наука, изучающая законы. Так как физическая химия неразрывно. Основные положения термодинамики по учебнику А.

Московский государственный университет им. Конспект лекций по физической химии для студентов биоинженерии и биоинформатики www. Основные положения и определения термодинамики термодинамическая система, термодинамический процесс, параметры состояния 2. Внутренние параметры состояния давление,. Фазы и агрегатные состояния 2. Фазовые переходы I-го и II-го рода 3. Правило фаз Гиббса 4.

Испарение жидкости происходит с ее поверхности, поэтому изменение свойств поверхностного слоя. Элементы содержания, проверяемые на ЕГЭ по физике. Пособие для повторения учебного материала. Отличительные черты кристаллического состояния Подавляющее большинство твердых тел в природе имеет кристаллическое строение.

Характерная черта кристаллического состояния, отличающая его от жидкого и. Термодинамика основные положения и определения 2. Внутренние параметры состояния давление, температура, плотность. Уравнение состояния идеального газа 4. Лекция Основы химической термодинамики Основные понятия и определения Химическая термодинамика - это наука, изучающая превращения различных форм энергии при химических реакциях и устанавливающая законы.

Молекулярная физика и термодинамика. Вопросы программы Основные положения молекулярно-кинетической теории и их опытное обоснование. Масса и размер молекул. Силы притяжения между ионами, молекулами,. Итоговый тест, Машиноведение Теплотехника 1. Идеальный газ отдал количество теплоты Дж и при этом внутренняя энергия газа уменьшилась на Дж. Работа, совершенная газом, равна 1 Дж 2 Однако ее наличие может оказаться весьма. Давление пара над идеальным раствором.

Кристаллические решётки Дегтярёва М. ЛНИП В твердых телах атомы могут размещаться в пространстве двумя способами Беспорядочное расположение атомов, когда они не занимают определенного места друг относительно. Первый закон термодинамики и его применение к расчету тепловых эффектов Предварительные сведения и определения термодинамического метода.

Система, состояние системы и параметры ее состояния. Научная библиотека Книги, публикации. Показатели качества окружающей среды. Характеристики пылегазовых загрязнителей воздуха. Вредные газы и пары. Классификация вод и свойства водных дисперсных систем.

Энергетическое загрязнение окружающей среды. Методы защиты окружающей среды от промышленных загрязнений. Методы очистки пылевоздушных выбросов. Способы очистки газовых выбросов. Классификация способов очистки сточных вод.

Методы защиты от энергетических воздействий. Принципы интенсификации процессов защиты окружающей среды. Очистка воздуха от аэрозольных примесей. Осаждение частиц в электрическом поле. Растворы газов в жидкостях. Равновесие в процессах абсорбции. Массоперенос в процессе абсорбции. Материальный баланс процесса адсорбции. Термохимическое обезвреживание газообразных выбросов. Каталитические методы очистки газовых выбросов. Процессы инженерной защиты окружающей среды теоретические основы.

Рассмотрены основные закономерности инженерной защиты окружающей среды, приведены классификация и характеристики основных видов загрязнений, даны классификации методов и процессов защиты атмосферы, гидросферы, литосферы от химических и физических видов загрязнений. Рассмотрены основы гидромеханических, массообменных и тепловых процессов защиты атмосферного воздуха от аэрозолей, вредных газов и паров, очистки сточных вод от примесей, защиты литосферы от отходов, изложены вопросы разбавления загрязненных выбросов и сбросов путем их рассеивания в атмосфере и разбавления в гидросфере, приведено описание основных химических, физико-химических и биохимических процессов очистки сточных вод и защиты литосферы от отходов, рассмотрены механические процессы переработки жидких и твердых отходов, изложены теоретические основы процессов защиты от энергетических воздействий.

Арбузов Пензенский филиал Международного независимого эколо- го-политологического университета. Основные понятия и законы термодинамики. Смачивание и капиллярные явления. Свойства переноса в многокомпонентных системах. Структурно-геометрические характеристики пористых сред. Характеристики загрязнений окружающей среды и основные методы ее защиты. Показатели качества окружающей среды. Характеристики пылегазовых загрязнителей воздуха. Классификация вод и свойства водных дисперсных систем.