TERMODYNAMIKA FENOMENOLOGICZNA

Podobne dokumenty
Podstawowe pojęcia Masa atomowa (cząsteczkowa) - to stosunek masy atomu danego pierwiastka chemicznego (cząsteczki związku chemicznego) do masy 1/12

Termodynamika. Część 4. Procesy izoparametryczne Entropia Druga zasada termodynamiki. Janusz Brzychczyk, Instytut Fizyki UJ

Elementy termodynamiki i wprowadzenie do zespołów statystycznych. Katarzyna Sznajd-Weron

Podstawy termodynamiki

WYKŁAD 2 TERMODYNAMIKA. Termodynamika opiera się na czterech obserwacjach fenomenologicznych zwanych zasadami

Wykład 1 i 2. Termodynamika klasyczna, gaz doskonały

Podstawy termodynamiki

Elementy termodynamiki

Równowaga w układach termodynamicznych. Katarzyna Sznajd-Weron

Wykład 4. Przypomnienie z poprzedniego wykładu

Wykład 6: Przekazywanie energii elementy termodynamiki

Termodynamika Część 6 Związki i tożsamości termodynamiczne Potencjały termodynamiczne Warunki równowagi termodynamicznej Potencjał chemiczny

Wykład 6: Przekazywanie energii elementy termodynamiki

Termodynamika. Energia wewnętrzna ciał

Wykład 7: Przekazywanie energii elementy termodynamiki

Krótki przegląd termodynamiki

Elementy termodynamiki

Temperatura jest wspólną własnością dwóch ciał, które pozostają ze sobą w równowadze termicznej.

Chemia Fizyczna Technologia Chemiczna II rok Wykład 1. Kierownik przedmiotu: Dr hab. inż. Wojciech Chrzanowski

= = Budowa materii. Stany skupienia materii. Ilość materii (substancji) n - ilość moli, N liczba molekuł (atomów, cząstek), N A

Projekt Inżynier mechanik zawód z przyszłością współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Wykład FIZYKA I. 14. Termodynamika fenomenologiczna cz.ii. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Jednostki podstawowe. Tuż po Wielkim Wybuchu temperatura K Teraz ok. 3K. Długość metr m

termodynamika fenomenologiczna

Wykład 3. Entropia i potencjały termodynamiczne

Podstawowe pojęcia 1

Termodynamika. Cel. Opis układu niezależny od jego struktury mikroskopowej Uniwersalne prawa. William Thomson 1. Baron Kelvin

II Zasada Termodynamiki c.d.

Zasady termodynamiki

Termodynamika Termodynamika

TERMODYNAMIKA. przykłady zastosowań. I.Mańkowski I LO w Lęborku

Przemiany termodynamiczne

Przegląd termodynamiki II

Temperatura, ciepło, oraz elementy kinetycznej teorii gazów

Stany materii. Masa i rozmiary cząstek. Masa i rozmiary cząstek. m n mol. n = Gaz doskonały. N A = 6.022x10 23

Maszyny cieplne substancja robocza

DRUGA ZASADA TERMODYNAMIKI

Układ termodynamiczny Parametry układu termodynamicznego Proces termodynamiczny Układ izolowany Układ zamknięty Stan równowagi termodynamicznej

GAZ DOSKONAŁY. Brak oddziaływań między cząsteczkami z wyjątkiem zderzeń idealnie sprężystych.

Termodynamika program wykładu

Temperatura. Zerowa zasada termodynamiki

Wykład 1. Anna Ptaszek. 5 października Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego. Chemia fizyczna - wykład 1. Anna Ptaszek 1 / 36

Termodynamika Część 7 Trzecia zasada termodynamiki Metody otrzymywania niskich temperatur Zjawisko Joule'a Thomsona Chłodzenie magnetyczne

Ciepła tworzenia i spalania (3)

Wykład Praca (1.1) c Całka liniowa definiuje pracę wykonaną w kierunku działania siły. Reinhard Kulessa 1

ELEMENTY TERMODYNAMIKI

DRUGA ZASADA TERMODYNAMIKI

S ścianki naczynia w jednostce czasu przekazywany

Termodynamika cz.1. Ziarnista budowa materii. Jak wielka jest liczba Avogadro? Podstawowe definicje. Notes. Notes. Notes. Notes

termodynamika fenomenologiczna

Wykład 3. Zerowa i pierwsza zasada termodynamiki:

Fizykochemiczne podstawy inżynierii procesowej

1 Wymagania egzaminacyjne na egzamin maturalny - poziom rozszerzony: fizyka

Wykład Temperatura termodynamiczna 6.4 Nierówno

Podstawy fizyki sezon 1 X. Elementy termodynamiki

FIZYKA CZĄSTECZKOWA I TERMODYNAMIKA

Spis tres ci 1. Wiadomos ci wste pne

Fizyka 1 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

FIZYKA STATYSTYCZNA. d dp. jest sumaryczną zmianą pędu cząsteczek zachodzącą na powierzchni S w

TERMODYNAMIKA Zajęcia wyrównawcze, Częstochowa, 2009/2010 Ewa Mandowska

10. FALE, ELEMENTY TERMODYNAMIKI I HYDRODY- NAMIKI.

WYZNACZANIE STOSUNKU c p /c v

Stany skupienia materii

3. Przyrost temperatury gazu wynosi 20 C. Ile jest równy ten przyrost w kelwinach?

Podstawy fizyki wykład 6

Miejsce biofizyki we współczesnej nauce. Obszary zainteresowania biofizyki. - Powrót do współczesności. - obiekty mikroświata.

Fizyka 14. Janusz Andrzejewski

C V dla róŝnych gazów. Widzimy C C dla wszystkich gazów jest, zgodnie z przewidywaniami równa w

WYBRANE ZAGADNIENIA Z TERMODYNAMIKI TECHNICZNEJ

Termodynamika Część 3

Wykład 4. II Zasada Termodynamiki

1. PIERWSZA I DRUGA ZASADA TERMODYNAMIKI TERMOCHEMIA

100 29,538 21,223 38,112 29, ,118 24,803 49,392 41,077

Warunki izochoryczno-izotermiczne

Termodynamiczny opis przejść fazowych pierwszego rodzaju

TERMODYNAMIKA PROCESOWA

Kinetyczna teoria gazów Termodynamika. dr Mikołaj Szopa Wykład

Spis treści. PRZEDMOWA. 11 WYKAZ WAśNIEJSZYCH OZNACZEŃ. 13 I. POJĘCIA PODSTAWOWE W TERMODYNAMICE. 19

4. 1 bar jest dokładnie równy a) Pa b) 100 Tr c) 1 at d) 1 Atm e) 1000 niutonów na metr kwadratowy f) 0,1 MPa

TERMODYNAMIKA. Termodynamika jest to dział nauk przyrodniczych zajmujący się własnościami

Zasady Termodynamiki

Termodynamika (1) Bogdan Walkowiak. Zakład Biofizyki Instytut Inżynierii Materiałowej Politechnika Łódzka. poniedziałek, 23 października 2017

Plan wykładu. Termodynamika cz.1. Jak wielka jest liczba Avogadro? Ziarnista budowa materii

ZADANIA Z CHEMII Efekty energetyczne reakcji chemicznej - prawo Hessa

4 Przekształcenia pochodnych termodynamicznych

Plan wykładu. Termodynamika cz.1. Jak wielka jest liczba Avogadro? Ziarnista budowa materii

1. 1 J/(kg K) nie jest jednostką a) entropii właściwej b) indywidualnej stałej gazowej c) ciepła właściwego d) pracy jednostkowej

Termodynamika. Część 5. Procesy cykliczne Maszyny cieplne. Janusz Brzychczyk, Instytut Fizyki UJ

Fizykochemiczne podstawy inżynierii procesowej

Rozwiązanie: Rozwiązanie najlepiej rozpocząć od sporządzenia szkicu, który jest pierwszym stopniem zrozumienia opisywanego procesu (serii przemian).

Termodynamiczny opis układu

Zasady termodynamiki fenomenologicznej

Fizyka statystyczna Fenomenologia przejść fazowych. P. F. Góra

Obiegi gazowe w maszynach cieplnych

Fizyka Termodynamika Chemia reakcje chemiczne

Energetyka odnawialna i nieodnawialna

dr inż. Beata Brożek-Płuska LABORATORIUM LASEROWEJ SPEKTROSKOPII MOLEKULARNEJ Politechnika Łódzka Międzyresortowy Instytut Techniki Radiacyjnej

TERMODYNAMIKA I TERMOCHEMIA

Kryteria samorzutności procesów fizyko-chemicznych

Równowagi fazowe. Zakład Chemii Medycznej Pomorski Uniwersytet Medyczny

Transkrypt:

TERMODYNAMIKA FENOMENOLOGICZNA Przedmiotem badań są własności układów makroskopowych w zaleŝności od temperatury. Układ makroskopowy Np. 1 mol substancji - tyle składników ile w 12 gramach węgla C 12 N A = 6,022 10 23 mol -1 liczba Avogadra Parametry makroskopowe: właściwości układu, które moŝna mierzyć (ciśnienie p, objętość V, temperatura T,...) Powiązanie z mikrostrukturą opisuje termodynamika statystyczna ENERGIA WEWNĘTRZNA Energią wewnętrzną układu nazywa się energię zaleŝną tylko od stanu termodynamicznego ciała. W przypadku układu nieruchomego, nie umieszczonego w Ŝadnym polu zewnętrznym energia wewnętrzna jest równa energii całkowitej układu. 1

RÓWNOWAGA TERMODYNAMICZNA Układy makroskopowe odizolowane od otoczenia osiągają po pewnym czasie stan równowagi termodynamicznej. Stan układu jest ustalony Nie występują Ŝadne przepływy Fluktuacje - zzasady równowagi szczegółowej ZEROWA ZASADA TERMODYNAMIKI JeŜeli ciało A i B są w stanie równowagi termodynamicznej z trzecim ciałem C, to są one równieŝ w stanie równowagi termodynamicznej ze sobą nawzajem. TEMPERATURA KaŜdemu ciału moŝna przyporządkować wielkość fizyczną nazywaną temperaturą. Temperatura jest jedną z podstawowych wielkości fizycznych. Jednostką temperatury w skali bezwzględnej jest 1 K (1 kelwin) Kiedy dwa ciała są w stanie równowagi termodynamicznej ich temperatury są równe. 2

PARAMETRY EKSTENSYWNE (proporcjonalne do ilości substancji) Stany równowagi są całkowicie określone przez wartości zespołu parametrów ekstensywnych (U, V, N 1,..., N r ) 1 Parametry ekstensywne są addytywne U = U 1 + U 2 V = V 1 + V 2 Przykład: stany równowagi układu jednoskładnikowego opisywane są przez punkty w trójwymiarowej przestrzeni parametrów stanu (U, V, N) U p V 1 U - energia wewnętrzna, N i - ilość moli substancji i 3

STAN UKŁADU Stan układu określa się w określonych warunkach zewnętrznych Oddziaływanie układu z otoczeniem odbywa się poprzez ścianki izolujące brak jakiejkolwiek formy oddziaływania zamykające - brak wymiany cząstek adiabatyczne - tylko moŝliwość wykonania pracy diatermiczne - tylko oddziaływanie termiczne 4

I ZASADA TERMODYNAMIKI Zasada zachowania energii dla układów adiabatycznych W ad (A,B) = U(B) U(A) Praca nad układem osłoniętym adiabatycznie wykonana w procesie przejścia od stanu A do stanu B jest całkowicie określona przez te stany i równa róŝnicy energii wewnętrznej w stanie B i w stanie A Zasada zachowania energii dla układów zamkniętych (nie adiabatycznych) U(B) U(A) = W (A,B) + Q(A,B) Ciepło Energię przekazywaną w wyniku kontaktu termicznego Q(A,B) nazywa się ciepłem przekazanym układowi w procesie A B Praca i ciepło zaleŝą od przebiegu procesów nie są funkcjami stanu 5

II ZASADA TERMODYNAMIKI Dla kaŝdego układu termodynamicznego istnieje funkcja stanu S, zwana entropią, o następujących własnościach: - S jest wielkością ekstensywną - w procesach zachodzących w układach izolowanych S nigdy nie maleje. S(B) S(A) Wynika stąd nieodwracalny charakter procesów w układach odizolowanych Równanie podstawowe ENTROPIA S = S(U, V, N) Dla rzeczywistych układów fizycznych entropia jest funkcją rosnącą energii wewnętrznej U = U(S, V, N) 6

PARAMETRY INTENSYWNE (lokalne) U = U(S, V, N) U U U du = ds + dv + dn S V N Parametry intensywne (lokalne) ( U/ S) V,N = T ( U/ V) S,N = p ( U/ N) S,V = µ temperatura termodynamiczna ciśnienie potencjał chemiczny Przykłady zamiana ścianki izolującej ścianką diatermiczną w wyniku przepływu ciepła ustala się taki podział energii, Ŝe T 1 = T 2 zamiana ścianki izolującej ścianką przepuszczającą w wyniku przepływu cząstek ustala się taki podział materii, Ŝe µ 1 = µ 2 zamiana ścianki izolującej ścianką adiabatyczną w wyniku przesunięcia ścianki wyrównują się ciśnienia p 1 = p 2 7

PROCESY TERMODYNAMICZNE Procesy odwracalne - układ przechodzi przez ciąg stanów równowagi przy stałej entropii. przebieg kwazistatyczny Przykład: Układ w kontakcie termicznym i mechanicznym z otoczeniem o temperaturze T 0 i ciśnieniu p 0 W procesie odwracalnym p = p 0 T = T 0 Praca elementarna δw = F dx = pa dx = p dv= p 0 dv dν = 0 więc z 1. zas. term. du = T ds p dv du = δq + δw δq + δw = T ds p dv δ Q = T ds podstawowy związek łączący zmianę entropii z energią wymienianą z otoczeniem przez kontakt termiczny 8

POJEMNOŚĆ CIEPLNA kwazistatyczne dostarczanie ciepła pojemność cieplna i ciepło molowe przy stałej objętości (V = const.) δq = (T ds) V = T ( S/ T) V dt = C V dt C V = T ( S/ T) V c V = C V /N - pojemność cieplna - ciepło molowe pojemność cieplna i ciepło molowe przy stałym ciśnieniu ( p = const.) C p = T ( S/ T) p c p = C p /N - pojemność cieplna - ciepło molowe CYKLE TERMODYNAMICZNE 9

CYKL CARNOTA S = dq T = 0 S = Q(A,B)/T 1 + Q(C,D)/T 2 η = W Q AB = 1 T T 2 1 W procesie przejścia od stanu A do B układ wykonuje maksymalną pracę jeŝeli proces jest odwracalny. Zmianę entropii układu kompensuje zmiana entropii otoczenia. 10

RÓWNANIA STANU T = T(U, V, N ) p = p(u, V, N ) p = p(t, V, N ) µ = µ(u, V, N ) Dla N = const. równanie stanu gazu doskonałego p = p (V,T ) pv = NRT - równanie Clapeyrona R - stała gazowa R = k N A = 8,31 J K -1 mol -1 k stała Boltzmanna k = 1,38 10-23 J K -1 T = const. izotermy p = const. izobary V = const. izochory Równanie Poissona (rówanie adiabaty): pv = const. κ κ = > 1 C C p V 11

III ZASADA TERMODYNAMIKI Opisuje podstawowe własności układów w niskich temperaturach. Sformułowanie Plancka W stanach równowagi o zerowej temperaturze wartość entropii wynosi zero. Izoterma T = 0 i adiabata S = 0 pokrywają się śaden proces adiabatyczny rozpoczęty przy T > 0 nie moŝe doprowadzić do T = 0. 12

ROZSZERZALNOŚĆ CIEPLNA L = α L T V = β V T β=3α 13