Zbigniew Płochocki

Zbigniew Płochocki
Wykład: WSTĘP DO TERMODYNAMIKI
ZAŁOŻENIA:
Cel wykładu: wprowadzenie w świat podstawowych pojęć, najważniejszych założeń i twierdzeń
termodynamiki fenomenologicznej i ich konsekwencji, w ujęciu globalnym, a następnie — polowym
(lokalnym i chwilowym). W wykładzie skoncentrowano się na najważniejszych problemach
termodynamiki, szereg zagadnień potraktowano jedynie sygnalnie (np. potencjał chemiczny, czy
równowagę fazową), szereg zagadnień wręcz pominięto (np. reakcje chemiczne, przemiany fazowe,
właściwości roztworów, czy rolę napięcia powierzchniowego). Rozważane ośrodki ciągłe to: płyn
nielepki, ośrodek spężysty, ośrodek termosprężysty, sztywny przewodnik ciepła, płyn lepki, ośrodek
lepkosprężysty.
Poziom: elementarny (w sensie studiów doktoranckich). Wykład nie wymaga specjalistycznego
przygotowania, wystarczy podstawowa znajomość fizyki i matematyki (niezbędne mniej znane pojęcia
będą lapidarnie "przypominane").
PROGRAM
Prolog — założenia wykładu; przedmiot termodynamiki, termodynamika fenomenologiczna a
termodynamika statystyczna, termodynamika globalna a termodynamika polowa.
I. Podstawowe pojęcia termodynamiki globalnej (układ fizyczny i jego otoczenie, parametry stanu,
równanie stanu, równowaga termodynamiczna, układ termodynamiczny, izolacja adiabatyczna i
diatermiczna, proces termodynamiczny) i ich odpowiedniki polowe.
II. Temperatura empiryczna — zasada tranzytywności stanu równowagi (0-rowa zasada
termodynamiki), temperatura empiryczna, temperatura gazowa, molekularny sens temperatury,
temperatura statystyczna; pole temperatury w ośrodku ciągłym.
III. I zasada termodynamiki — ujęcie elementarne: energia wewnętrzna, molekularny sens energii
wewnętrznej, elementarne sformułowanie I zasady; praca, przykłady pracy;
ciepło, pojemność cieplna, molekularny sens ciepła; potencjał chemiczny (sygnalnie); nowoczesne ujęcie
I zasady; praca i ciepło jako funkcjonały stanu, przykład; przykłady lokalnych bilansów energii
wewnętrznej.
IV. II zasada termodynamiki — problem równoważności pracy i ciepła, tradycyjne sformułowania II
zasady, cykl Carnota, twierdzenie Carnota, temperatura termodynamiczna, twierdzenie Clausiusa,
entropia, II zasada jako zasada wzrostu entropii, entropia jako kierunkowa funkcja stanu, molekularny
sens entropii, równanie Gibbsa, nierówność Clausiusa-Duhema, II zasada w ujęciu Caratheodory'ego
(sygnalnie), II zasada termodynamiki w ujęciu polowym i przykłady lokalnych bilansów entropii.
V. Równowaga termodynamiczna— równowaga globalna i lokalna, potencjały termodynamiczne,
funkcje charakterystyczne, termodynamiczne równanie stanu, termiczne równania stanu, przykłady
równań stanu, zamiana zmiennych i przekształcenia Legendre'a, równania Gibbsa-Helmholtza, relacje i
tożsamości termodynamiczne, warunki stabilności równowagi termodynamicznej, parametry materiałowe
przy różnych więzach termodynamicznych, równowaga fazowa (sygnalnie).
VI. III zasada termodynamiki (krótko).
VII. Równowaga termodynamiczna w polach zewnętrznych.
VIII. Podstawy termodynamiki procesów nieodwracalnych Onsagera — rodzaje procesów
nieodwracalnych (zjawiska transportu i relaksacji), podstawowe założenia, produkcja entropii, równania
fenomenologiczne, relacje wzajemności Onsagera-Casimira, przykłady (przewodnictwo cieplne, lepkość).
Epilog — ograniczenia teorii Onsagera i co dalej z termodynamiką?