Termodynamika Ogólne Definicje

Termodynamika Ogólne Definicje

• Termodynamika to dział fizyki zajmujący się badaniem energetycznych efektów wszelkich przemian fizycznych i chemicznych, wpływając na zmiany energii wewnętrznej układów.
• Bada przemiany cieplne, ale także efekty energetyczne reakcji chemicznych, przemian fazowych i nawet przemian jądrowych oraz energii elektrycznej.
• Podstawowym pojęciem w termodynamice jest układ termodynamiczny, czyli wzajemnie oddziaływujące ze sobą ciała, rozpatrywany jako całość, opisany przez parametry stanu takie jak ciśnienie, temperatura, entropia i objętość.

Termodynamika Układ Termodynamiczny

• Pojedyncza cząsteczka nie jest układem termodynamicznym, ale dostatecznie duża ilość cząsteczek już tak.
• Przykładowym układem termodynamicznym jest pojemnik z gazem.
• Modelowym gazem dla rzeczywistych gazów jest gaz doskonały.

Gaz Doskonały

• Gaz doskonały spełnia następujące warunki:
  • Brak oddziaływań między cząsteczkami (z wyjątkiem zderzeń)
  • Ruch chaotyczny cząsteczek
  • Masy cząsteczek są jednakowe
  • Zderzenia cząsteczek są doskonale sprężyste
  • Objętość cząsteczek jest znikoma w porównaniu do objętości gazu.

Kinetyczna Teoria Gazów

• Ruchy Browna są jednym z najbardziej znanych przykładów dyfuzji.
• Cząstki w cieczy lub gazie wykonują ciągłe, chaotyczne ruchy w różne strony.

Maxwellowski Rozkład Prędkości Cząsteczek

• Każdy gaz ma charakterystyczny rozkład prędkości, który zależy od temperatury.

• Cząstki gazu mają różne prędkości, zmieniające się w wyniku zderzeń i zależne od temperatury.

• Wzór na rozkład prędkości Maxwella określa prawdopodobieństwo, że cząsteczka gazu ma daną prędkość.

Pojęcia związane z Termodynamiką

• Temperatura związana jest ze średnią energią kinetyczną ruchu i drgań wszystkich cząsteczek tworzących dany układ i jest miarą tej energii.
• Energia wewnętrzna związana jest z ruchem i wzajemnym położeniem cząsteczek; suma energii kinetycznych i potencjalnych wszystkich atomów i cząsteczek w danym układzie.
• Ciepło to sposób przekazywania energii wewnętrznej układowi termodynamicznemu.

Zasady Termodynamiczne

Zerowa Zasada Termodynamiki

• Stan równowagi termodynamicznej, brak przepływu ciepła pomiędzy ciałami.
• Jeżeli układ A i układ B są w równowadze termicznej z układem C, to są w równowadze termicznej względem siebie.

Pierwsza Zasada Termodynamiki

• Suma wszystkich rodzajów energii jest stała.
• Nie jest możliwe zbudowanie perpetuum mobile pierwszego rodzaju.
• Zmiana energii wewnętrznej układu jest równa energii, która przepływa przez jego granice na sposób ciepła i pracy.
• dU = δQ + δW

Druga Zasada Termodynamiki

• Nie jest możliwe całkowite przetworzenie ciepła na pracę.
• Zawsze część ciepła musi zostać przekazana do otoczenia.
• Nie jest możliwe zbudowanie perpetuum mobile drugiego rodzaju.

Entropia

• Miara uporządkowania.

• S = klnΩ – wzór na entropię, gdzie k jest stałą Boltzmanna, a Ω liczbą mikrostanów.

• Entropia jest nieujemna i jest maksymalna, gdy prawdopodobieństwa zdarzeń są takie same.

• W układzie zamkniętym entropia S nie może maleć to znaczy dS ≥ 0.

Równanie Stanu Gazu

• Równanie Clapeyrona: pV = nRT

• gdzie p to ciśnienie, V objętość, n ilość moli, R stała gazowa i T temperatura.

Przemiany Gazowe

• Izotermiczna, Izobaryczna, Izochoryczna, Adiabatyczna

Cykl Carnota

• Termodynamiczny cykl składający się z przemian izotermicznych i adiabatycznych.
• Wzór na sprawność silnika Carnota: n = (Q₁-Q₂)/Q₁ = (T₁-T₂)/T₁

Gaz Rzeczywisty

• Gaz, który nie zachowuje się ściśle zgodnie z prawami gazu doskonałego.
• Różnice w zachowaniu wynikają z oddziaływań międzycząsteczkowych oraz objętości cząsteczek.
• Równanie stanu gazu rzeczywistego: p + a(n/V)² = nRT

Procesy Transportu w Gazach, Cieczach i Ciałach Stałych

• Wyróżnione procesy transportu to dyfuzja i konwekcja.

Skraplanie

• Proces przejścia substancji z fazy gazowej do fazy ciekłej.