Termodinamică - Fundamente

Un sistem izolat nu schimbă energie sau masă cu mediul extern. Gândiți-vă la o cutie complet sigilată.

Un sistem închis poate schimba energie cu mediul extern, dar nu masă. Imaginați-vă o oală cu apă pe foc.

Un sistem deschis schimbă atât energie, cât și masă cu mediul extern. Gândiți-vă la un pahar cu apă la temperatura camerei.

Parametrii de stare descriu starea unui sistem. Ei pot fi extensivi (dependenți de mărimea sistemului) sau intensivi (independenți de mărimea sistemului).

Starea staționară înseamnă că parametrii termodinamici rămân constanți în timp, chiar dacă există schimburi de energie cu exteriorul.

Echilibru termodinamic înseamnă că nu există transfer de energie sau variație a parametrilor de stare. Sistemul este în repaus.

Un proces infinitezimal este unul în care variabilele se schimbă extrem de puțin. Este util pentru a simplifica calculele termodinamice.

Un proces finit este unul în care variabilele se schimbă semnificativ. Astfel de procese sunt mai complexe de analizat.

Transferul de energie între sisteme cu temperaturi diferite. Este pozitiv dacă este primită de sistem și negativ dacă este cedată.

Energia transferată prin variația parametrilor mecanici ai sistemului (cum ar fi volumul). Este pozitiv dacă este efectuat de mediul exterior asupra sistemului și negativ dacă este efectuat de sistem asupra mediului exterior.

Într-un sistem simplu (ex. gaz cu piston), lucrul mecanic elementar este dat de δL = −p dV.

Energia totală a particulelor din sistem. Este o mărime de stare.

Un proces care nu implică schimb de căldură. În astfel de procese, lucrul mecanic este egal cu variația energiei interne.

ΔU = Q + L. Aceasta exprimă conservarea energiei: energia internă a unui sistem poate varia prin transfer de căldură și/sau lucru mecanic.

Un proces în care starea finală coincide cu cea inițială. ΔU = 0, deci Q = −L.

Un sistem nu poate produce lucru mecanic fără să primească o cantitate echivalentă de căldură.

Coeficientul de performanță (COP) al unei pompe de căldură măsoară eficiența acesteia, arătând câtă căldură este transferată pentru o anumită cantitate de energie consumată. Cu cât COP-ul este mai mare, cu atât pompa este mai eficientă.

Entropia este o măsură a dezordinii sau dispersiei energiei într-un sistem. Cu cât entropia este mai mare, cu atât sistemul este mai dezordonat.

Entropia unui sistem crește întotdeauna în timp, atât timp cât există ireversibilități în procesele care se desfășoară. Această creștere a entropiei arată că sistemul devine din ce în ce mai dezordonat.

Variația entropiei unui sistem poate fi calculată prin integrarea căldurii schimbate cu sistemul în raportul cu temperatura absolută pentru un proces reversibil.

Într-un sistem închis, variația entropiei este egală cu suma entropiei schimbate cu mediul extern și entropiei generate de ireversibilitățile din sistem.

Un proces adiabat este un proces în care nu se schimbă căldura cu mediul extern. Variația entropiei unui proces adiabat este întotdeauna mai mare sau egală cu zero.

Entropia este o mărime de stare, care înseamnă că valoarea ei depinde doar de starea actuală a sistemului și nu de căile prin care a ajuns în acea stare.

Temperatura absolută este o măsură a energiei cinetice medii a moleculelor într-un sistem. Se exprimă în Kelvin (K).

O relație fundamentală care descrie comportamentul gazelor ideale. Aceasta leagă presiunea (p), volumul (V), numărul de moli (n) și temperatura (T) ale unui gaz ideal.

Legea care afirmă că produsul dintre presiunea și volumul unui gaz ideal este constant, dacă temperatura rămâne constantă.

Legea care afirmă că volumul unui gaz ideal este direct proporțional cu temperatura sa absolută, la presiune constantă.

Legea care afirmă că presiunea unui gaz ideal este direct proporțională cu temperatura sa absolută, la volum constant.

Legea care afirmă că la presiune și temperatură constante, volumul unui gaz ideal este direct proporțional cu numărul de moli.

Temperatura la care mișcarea moleculară a unui gaz ideal se oprește complet.

Reprezintă o curbă pe graficul pV care arată relația dintre presiune și volum la o temperatură constantă.

Reprezintă relația liniară dintre presiune și temperatură la un volum constant.

Cantitatea de căldură necesară pentru a crește temperatura unui sistem cu 1 grad Celsius. Este o mărime extensivă, adică depinde de masa sistemului. Se exprimă în Jouli pe Kelvin (J/K).

Cantitatea de căldură necesară pentru a crește temperatura unui kilogram de substanță cu 1 grad Celsius. Este o mărime intensivă, adică nu depinde de masa sistemului. Se exprimă în Jouli pe kilogram Kelvin (J/kgK).

Cantitatea de căldură necesară pentru a crește temperatura unui mol de substanță cu 1 grad Celsius. Este o mărime intensivă. Se exprimă în Jouli pe mol Kelvin (J/molK).

Căldura necesară unei substanțe pentru a-și schimba temperatura la volum constant. Este reprezentată cu simbolul CV.

Căldura necesară unei substanțe pentru a-și schimba temperatura la presiune constantă. Este reprezentată cu simbolul CP.

Un proces termodinamic în care volumul sistemului rămâne constant (L = 0). Variația energiei interne (ΔU) este egală cu căldura transferată (Q).

Un proces termodinamic în care temperatura sistemului rămâne constantă (ΔU = 0). Căldura primită (Q) este egală cu lucrul mecanic efectuat (L), dar cu semn schimbat (Q = -L).