Podstawy termodynamiki

Układ termodynamiczny

Układ otwarty, zamknięty i izolowany

Parametry stanu Stan układu - charakteryzuje własności układu i określony jest poprzez wartości parametrów stanu.

Stan równowagi układu Stan równowagi układu - stan, w którym wszystkie parametry stanu mają określone wartości i pozostają niezmienne, jeśli nie zmieniają się warunki zewnętrzne, w jakich znajduje się układ.

Przemiany (procesy) termodynamiczne Przemiana termodynamiczna - zmiana stanu układu, przy której zmienia się wartość przynajmniej jednego z parametrów stanu. Przemiana kwazistatyczna - to taki proces, który może być traktowany jako ciąg stanów równowagowych. Przemiana kwazistatyczna powinna zachodzić nieskończenie powoli.

Przemiany termodynamiczne V p A B Przemiana odwracalna - to taki proces, który może przebiegać w przeciwnym kierunku. Przejście układu od stanu A do stanu B jest procesem odwracalnym, jeśli możliwe jest także przejście ze stanu B do stanu A w taki sposób, że układ oraz jego otoczenie przechodzi przez te same stany pośrednie, ale w odwrotnej kolejności.  Przemiany kwazistatyczne bez tarcia są przemianami odwracalnymi.

Przemiany kołowe Przemiana kołowa (cykl) - to proces, w którym układ po przejściu szeregu stanów pośrednich powraca do stanu początkowego. V p A B •

Zerowa zasada termodynamiki Warunkiem koniecznym i wystarczającym równowagi termicznej jest równość temperatur. A C B Jeśli             oraz            , to            

Energia wewnętrzna Energia wewnętrzna układu - U ...to energia kinetyczna chaotycznego ruchu cząsteczek, energia potencjalna oddziaływań cząsteczkowych, a także energia spoczynkowa wynikająca z równoważności masy i energii. Energia wewnętrzna układu - U Energia wewnętrzna jest funkcją stanu układu V p • A B U=UB - UA

Pierwsza zasada termodynamiki   DEu - zmiana energii układu Ed - energia doprowadzona do układu Ew - energia wyprowadzona z układu Dla układu zamkniętego:

Pierwsza zasada termodynamiki - przepływ ciepła

Pierwsza zasada termodynamiki - praca Wu – praca wykonana przez układ przy kwazistatycznej zmianie objętości od Vp do Vk

Pierwsza zasada termodynamiki - praca Fzewn F V=V2 – V1 > 0 Układ wykonuje pracę zwiększając swoją objętość (ekspansja) Fzewn F V=V2 – V1 < 0 Siły zewnętrzne (otoczenie) wykonują pracę nad układem. Objętość układu zmniejsza się (kompresja)

Pierwsza zasada termodynamiki - praca

Praca w procesie cyklicznym

Pojemność cieplna Pojemność cieplna Cc - ilość ciepła potrzebna do podwyższenia temperatury ciała o jeden kelwin zależy od masy ciała Molowe ciepło właściwe - pojemność cieplna jednego mola substancji. Pojemność cieplna zależy od rodzaju procesu, w którym ciało jest ogrzewane - Q nie jest funkcją stanu.

Przemiana izochoryczna V = const W = 0 p1, T1 p2, T2 Z równania stanu gazu: I zasada termodynamiki: Energia wewnętrzna zależy tylko od temperatury.

Doświadczenie Joule’a Wynik doświadczenia: T = const = 0

Energia wewnętrzna W przemianie izochorycznej: CV - ciepło molowe Dla 1 mola: CV - ciepło molowe Dla nM moli: