Budowa materii Opis statystyczny - NAv= 6.022*1023 at.(cz)/mol Opis termodynamiczny temperatury -

Transkrypt

1 ermoynamika Pojęcia i zaganienia ostawowe: Buowa materii stany skuienia: gazy, ciecze, ciała stale Ois statystyczny wielka liczba cząstek - N A 6.0*0 at.(cz)/mol Ois termoynamiczny Pojęcie temeratury - miara śreniej energii cząstek

2 Skale temeratur Pomiar temeratury Cecha termometryczna X (n. zależność objętości o temeratury, zależność ooru elektrycznego o temeratury) (X)a*X Punkt stały (unkt otrójny woy K) K /7.6 temeratury unktu otrójnego woy Wybór skali Celsjusza Gazowa - oarta na zależności ciśnienia stałej objętości gazu o temeratury Bezwzglęna (termoynamiczna, Kelina)

3 Rozszerzalność cielna liniowa objętościowa

4 Prawa gazowe Prawo Boyle'a-Mariotte'a: w stałej temeraturze iloczyn ciśnienia i objętości anej masy gazu jest stały const. []N/m Pa Prawo Charlesa: rzy stałej objętości gazu stosunek ciśnienia i temeratury anej masy gazu jest stały / const. Prawo Gay-Lussaca: la stałego ciśnienia stosunek objętości o temeratury anej masy gazu jest stały / const. < < < < > 0 K -7.6 o C 0 K -7.6 o C

5 Równanie stanu gazu nr R 8.4 J/(mol*K) nm/µ Równanie Claeyrona

6 Kinetyczna teoria gazów Prawo gazów oskonałych Gaz oskonały: cząsteczki gazu są unktami materialnymi, cząsteczki gazu nie oziałują cząsteczek jest użo - traktujemy je statystycznie cząsteczki zerzają się srężyście ze ściankami

7 t F x x m x - ( - m x ) m x t l/ x l m l m F x x x ) ( l m N F x tot z y x + + z y x, x x czyli Nm l x y x - x m N Sl m N x x Nm x S F tot

8 m U la mola: la jenej cząsteczki: Nm nr temeratura - miara śreniej energii cząstek nr Nm k J/K - stała Boltzmana R N A m m R U k R k N A N A U mola m NA NA k R

9 Energia wewnętrzna jenoatomowego gazu oskonałego m U k (na atom) m U N A R (na mol) Zasaa ekwiartycji energii Dostęna energia rozkłaa się w równych orcjach na wszystkie niezależne sosoby, w jakie cząsteczka może ją absorbować. Każy z tych sosobów absorcji energii nazywa się stoniem swoboy Liczba stoni swoboy jest równy liczbie niezależnych wsółrzęnych otrzebnych o określenie ołożenia ciała w rzestrzeni. Śrenia energia rzyaająca na jeen stoień swoboy: k B Doatkowe stonie swoboy jakie mogą się ojawiać la cząsteczek wieloatomowych to obroty () i rgania ()

10 I zasaa termoynamiki Stan ukłau jest oisany arametrami stanu,,, m..., la których funkcje stanu (n. energia wewn.) rzyjmują określone wartości Stan oczątkowy Droga Droga Stan końcowy

11 I zasaa termoynamiki U Q + W W - W -F x-s x- U Q - x Qmc wł cieło właściwe c wł Q m cieło molowe Q C n

12 Qmc wł W - I zasaa termoynamiki const. U Q + W 0 więc U Q a stą c Q/(n ) U /n Zależą o rogi na jakiej rzebiega roces const. U Q + W Q U + U c więc Q c + Dla gazu jenoatomowego (la jenego mola) U (/)N A k (/)R c (/)R Dla cząsteczki wuatomowej (obroty) c (5/)R a la wieloatomowej (obroty) c R Dla mola gazu oskonałego R/, R / Q c + R Q/ c + R c c + R c c γ

13 Cieło właściwe gazów wieloatomowych y gazu c c c /c γ Jenoatomowy Dwuatomowy + rotacja Dwuatomowy + rotacja + rgania Wieloatomowy + rotacja (bez rgań) (/)R (5/)R (7/)R (6/)R (5/)R (7/)R (9/)R (8/)R 5/ 7/5 9/7 4/ Molowe cieło właściwe wooru 0 (7/) R ransl. + rot.+ rgania (5 + 7 st. sw.) C J/mol K 0 0 (5/) R (/) R ranslacja + rotacja ( + 5 st. sw.) ylko translacja ( st. sw.) emeratura (K)

14 Praca w różnych rocesach W - Stan oczątkowy W Stan końcowy W gazu stan konc. stan ocz.

15 Przemiana izotermiczna U0, W gazu Q ln Nk Nk Nk W Q Stan oczątkowy Stan końcowy W Q

16 Przemiana aiabatyczna Q 0, W gazu - U U + 0 c + 0 (na mol) Z równania stanu gazu oskonałego: + R R c R R c R R c 0 + γ const. ln ln γ γ ln( γ ) const. γ const.

17 Przemiana aiabatyczna const. - izoterma γ const. - aiabata

18 Przemiany cykliczne - cykl Carnota a Q W Q b a b izoterma: gaz wykonuje racę kosztem ostarczonego cieła c b c aiabata gaz wykonuje racę kosztem energii wewnętrznej η c izoterma: raca zewnętrzna zużyta zostaje na srężenie gazu U + i Qi W Q W Q Q Q Q Q a aiabata: raca zewnętrzna zużyta zostaje na srężenie gazu i rzyrost energii wewnętrznej W i Można zbuować silnik (chłoziarkę)

19 II zasaa termoynamiki Żana cykliczna maszyna cielna racująca omięzy temeraturami i nie może mieć srawności większej niż ( - )/. Nie można zbuować eretum mobile rugiego rozaju. Gy wa ciała o różnych temeraturach znają się w kontakcie termicznym, wówczas cieło bęzie rzeływało z cielejszego o chłoniejszego

20 a Entroia η W Q Q Q Q Q W b Q c Q Q Q ' + Q 0 Q Q Q i i 0 S uk Q S uk - entroia ukłau S otocz Q S otocz - entroia otoczenia

21 a Q Procesy owracalne i nieowracalne W b Nie ma wyróżnionego kierunku srężania i rozrężania aiabatycznego i izotermicznego gazu, rocesy te mogą rzebiegać w obu kierunkach, są owracalne S Q Dla rocesów owracalnych suma entroii Q c ukłau i otoczenia jest równa zero Swobone rozrężanie: Q0, W0, U0 - roces nieowracalny Obliczenie zmiany entroii: znajujemy roces owracalny rzebiegający S nrln > 0 mięzy stanem oczątkowym i końcowym uk tu: rozrężanie izotermiczne z 0 / o 0 Q Nk ln( / ) S otocz 0

22 Procesy owracalne i nieowracalne W nieowracalnych rocesach aiabatycznych entroia ukłau rośnie II zasaa termoynamiki Naturalny (samorzutny) kierunek zachozenia rocesów termoynamicznych jest taki, że suma entroii ukłau i otoczenia rośnie

23 Statystyczna interretacja entroia Entroia jest miarą nieuorząkowania Uorząkowanie - liczba stanów mikroskoowych realizujących any stan makroskoowy. sosób, /8 sosoby, /8 sosoby, /8 sosób, /8 Całkowita liczba sosobów N Prawooobieństwo, że wszystkie cząstki w jenej ołowie / N

24 Ogólniej: N 0 N 0 Ω Ω Ω rawooobieństwo z jakim może zostać zrealizowany any stan ukłau ln Ω k S B Dla swobonego rozrężania z 0 / o 0 : ln ln ln ln ) ( ln ) ( ln 0 0 nr N k k k S k k S B N B B B B Ω Ω Statystyczna efinicja entroii