TERMODYNAMIKA. Bada zjawiska cieplne i procesy mające charakter przemian energetycznych

Transkrypt

1 ERMODYNAMIKA Nauka o ciele i rocesach cielnych Bada zjawiska cielne i rocesy mające charakter rzemian energetycznych Dwa odejścia: - termodynamika klasyczna - doświadczalna (fenomenologiczna) - termodynamika statystyczna - teoretyczna

2 ERMODYNAMIKA KLASYCZNA Bada rocesy cielne z makroskoowego unktu widzenia Wielkości charakterystyczne: - temeratura - K - ciśnienie - Pa - V objętość - m 3 - n ilość substancji - mol - S entroia - J/K - Q cieło - J - W raca - J - srawność - -

3 EMPERAURA Wielkość fizyczna będąca miarą ogrzania ciała - arametr stanu Pomiar temeratury wymaga zastosowania 1) ciała termometrycznego substancji której właściwości zależą od temeratury: - długość - ciśnienie - oór - kolor - kształt 2) skali temeratury

4 SKALE EMPERAUR ierwszy termosko cieczowy - Galileusz rzyrząd do oceny temeratury, nie mający wyskalowanej odziałki -skala Fahrenheita temeraturę mieszaniny lodu, wody i salmiaku (NH 4 Cl), 32 krzenięcie wody, 96 temeraturę ciała zdrowego człowieka, 212 temeratura wrzenia wody. -skala Celsjusza wrzenie wody, 100 krzenięcie wody M. Strömer odwrócił te wartości

5 -skala Kelwina 1848 (W. homson (lord Kelvin)) - 273,16 temeratura unktu otrójnego wody - 1/273,16 kelwin (K) - 0 temeratura zera absolutnego - w określeniu innych temeratur omocnicze są temeratury wzorcowe

6 Rodzaj substancji PUNKY SAŁE DEFINICYJNE MS 90 Rodzaj unktu 3 He V 3 5 b MS 90 { 90 } K {t 90 } C 270,15 268,15 e H 2 13, ,3467 e H 2 (lub He) e H 2 (lub He) V (lub użycie G) V (lub użycie G) 17 c 256,15 20,3 C 252,85 Ne 24, , , ,7916 Ar 83, ,3442 Hg 234, ,8344 H 2 O 273,16 0,01 Ga F 302, ,7646 In C 429, ,5985 Sn C 505, ,928 Zn C 692, ,527 Al C 933, ,323 Ag C 1234,93 961,78 Au C 1337, ,18 Cu C 1357, ,62 a Mieszanina orto- i arawodoru w równowadze; b dowolna temeratura z tego zakresu; c unkt stosowany rzy wzorcowaniu latynowego termometru oorowego; V ciśnienie ary nasyconej 3He lub 4He; unkt otrójny; G termometr gazowy helowy; Wx wrzenie od ciśn ,6 Pa; W wrzenie, R unkt rosy, F tonienie, C krzenięcie (wszystkie od ciśn Pa)

7 SPOSOBY MIERZENIA EMPERAURY 1) ermometr gazowy: K 0V0 nr0 V0 nr stałej objętości - stałego ciśnienia 0 0 gdx gdx unkt otrójny wody 27316, K 0,01 C ara wodna woda lód 611,2 Pa 4,58 mmhg gaz gaz skala ciecz Dx o 0 temeraturze Dx0 zależność objętości i ciśnienia gazu od temeratury Dx 0 A rtęć Dx A B B R R różnia ruchome ramię

8 2) ermometry dylatacyjne: - cieczowe K entan: K sirytus: K rtęć: K - ciał stałych skala kailara zbiornik wyełniony cieczą 3) ermometry odkształceniowe bimetalowe rozszerzalność temeraturowa cieczy i ciał stałych

9 4) ermometry oorowe metalowe: 0, K latynowe, miedziane R R termistorowe: K io 2 i MgO; Ge + domieszki; MgAl 2 O 4 R (R ) R zależność ooru elektrycznego od temeratury

10 5) ermoary ogniwa termoelektryczne metal B Bi Cu Fe Cu Fe Ag Pt PtRh Cu konstantan 1 V U = V 1 V 0 V 1 V 0 0 metal A zjawisko termoelektryczne - owstawanie kontaktowej różnicy otencjałów na złączu 2 różnych metali

11 6) ermometria magnetyczna: K Cu; Pt zmiany odatności magnetycznej idealnego aramagnetyka: ~ 1 7) Metody otyczno-gazowe: oniżej 0,001 K rędkość cząsteczek gazu zależy od temeratury obszar wyełniony gazem rozszerza się tym szybciej, im jest gorętszy

12 8) ermokolory: K nieorganiczne substancje termochromowe; ciekłe kryształy zmiany barwy rzy rzemianach fazowych

13 9) Pirometry: K a) otyczne: K jasność ciała orównywana jest z jasnością wzorca - żarzonym włóknem o określonej temeraturze b) całkowitego romieniowania 200 tys. K mierzona jest ilość energii docierającej od świecącego ciała całkowite natężenie romieniowania zależy od temeratury ciała rawo Stefana-Boltzmana a) wielobarwne: 200 tys. K badane jest natężenie światła dla kilku długości fal rozkład widmowy emitowanego światła zależy od temeratury rawo Plancka

14 PROMIENIOWANIE CIAŁA DOSKONALE CZARNEGO

15 9) oniki: K a) wskaźniki irometryczne: tonienie substancji b) stożki Segera (stożki irometryczne): mięknięcie substancji tonienie substancji

16 CIŚNIENIE

17 SPOSOBY MIERZENIA CIŚNIENIA 1) Barometr rtęciowy zamknięty 2) Barometr rtęciowy otwarty 3) Aneroid 4) Hisometr 5) Próżniomierz komensacyjny 6) Próżniomierz jonizacyjny

18 800 mm 760 mmhg DOŚWIADCZENIE ORRICELLIEGO 1643 rtęć różnia rtęć ciśnienie słua rtęci ciśnienie atmosferyczne =760 mmhg =1013hPa

19 PRAWA GAZÓW DOSKONAŁYCH 1) Boyle a Mariotte a V 0 V const V 0 V 0 V const V rzemiana izotermiczna

20 2) Charlesa V 0 V 0 V const const 0 0 rzemiana izochoryczna

21 3) Gay-Lussaca V 0 V V const V const V V 0 0 rzemiana izobaryczna

22 4) Claeyrona 1834 V nr - n liczba moli gazu - R=8,31447 J/(mol K) stała gazowa 5) Van der Waalsa 1873 an V 2 2 V nb nr Równanie to dotyczy gazów rzeczywistych i uwzględnia: - rzyciąganie omiędzy cząsteczkami (stała a) - objętość wyłączoną z ruchu cząsteczek (stała b)