TERMODYNAMIKA

TERMODYNAMIKA
ENERGIA WEWNĘTRZNA
CIEPŁO
Energia wewnętrzna: suma wszystkich
rodzajów energii wszystkich cząsteczek ciała
U  N Ek  E p 
Ciepło: jest energią przekazywaną między
układem a jego otoczeniem na skutek
istniejącej między nimi różnicy temperatur
ZASADY TERMODYNAMIKI
Zerowa zasada termodynamiki:
Jeżeli ciała 1 i 2 są w równowadze termicznej
i ciała 2 i 3 są w równowadze termicznej to ciała
1 i 3 są w tej samej równowadze termicznej.
ZASADY TERMODYNAMIKI
I zasada termodynamiki:
Ciepło pobrane przez układ jest równe wzrostowi
energii wewnętrznej układu plus pracy
wykonanej przez układ nad otoczeniem
zewnętrznym.
Q  U  W
U  Q  W
dU  dQ  dW
Widzimy, że zmiana energii wewnętrznej związana jest z ciepłem
pobieranym (dQ>0) lub oddawanym (dQ<0) przez układ oraz z pracą
wykonaną przez układ (dW>0) lub nad układem (dW<0)
MECHANIZMY PRZEKAZYWANIA CIEPŁA
Pr zewodnictwo cieplne
TG  TZ
Q
 kS
t
L
k – przewodność cieplna
właściwa
Konwekcja
zachodzi w płynach – ciecze i gazy
Promieniowanie
za pośrednictwem fal elektromagnetycznych
Moc promieniowania emitowanego przez
ciało w postaci fali elektromagnetycznej:
P      S T
W
  5,67 10
m2 K 4
8
4
– stała Stefana-Boltzmana
ε – zdolność emisyjna powierzchni ciała
TEMPERATURA
Skalarna wielkość fizyczna, która jest miarą średniej
energii kinetycznej cząsteczek
Skale temperatur
CIEPŁO WŁAŚCIWE I CIEPŁO MOLOWE
Ilość ciepła ΔQ pobrana przez ciało w
procesie ogrzewania
ΔQ=mcΔT
c – ciepło właściwe
m=nM
M – masa molowa
ΔQ=nMcΔT
Mc = C – ciepło molowe
ΔQ=nCΔT
WŁASNOŚCI GAZU DOSKONAŁEGO
Gaz doskonały – zwany gazem idealnym jest to gaz
spełniający następujące warunki:
cząsteczki gazu traktujemy jak punkty materialne o
pomijalnie małej objętości w stosunku do objętości
gazu
 zderzenia cząsteczek są doskonale sprężyste
 cząsteczki oddziałują tylko w momencie zderzeń
 między zderzeniami cząsteczki poruszają się ruchem
jednostajnym prostoliniowym

RÓWNANIE STANU GAZU
Parametry stanu gazu:
p – ciśnienie [Pa]
V - objętość [ m 3 ]
T – temperatura [K]
p V
 const
T
p V  n  R  T
p V  N  k  T
PODSTAWOWY WZÓR KINET YCZNEJ
TEORII GAZÓW
2N
p
Ek
3V
Ek - średnia energia kinetyczna cząsteczki gazu
Ekwipartycja energii : średnia energia kinetyczna na każdy
stopień swobody jest taka sama dla wszystkich
cząsteczek.
i
E k  k T
2
i – ilość stopni swobody
MODELE CZĄSTECZEK WYSTĘPUJĄCYCH
W TEORII KINETYCZNEJ
Hel - przykład cząsteczki jednoatomowej
Tlen - przykład cząsteczki dwuatomowej
Metan – przykład
cząsteczki wieloatomowej.
PRZEMIANY GAZU DOSKONAŁEGO
1.
2.
3.
4.
Przemiana
Przemiana
Przemiana
Przemiana
izotermiczna
izobaryczna
izochoryczna
adiabatyczna
T=const
p=const
V=const
Q=0
PRACA W PRZEMIANACH GAZOWYCH
Praca wykonana w przemianach gazowych
liczbowo odpowiada polu zawartemu pod
wykresem przemiany w układzie
współrzędnych p(V)
SILNIK CIEPLNY
ENTROPIA
Entropia jest miarą nieuporządkowania układu
cząstek. Im większy jest stan nieporządku
położeń i prędkości w układzie tym większe
prawdopodobieństwo, że układ będzie w tym
stanie.
Z definicji entropia S układu jest równa
S = k ln
gdzie k - stała Boltzmana,  - prawdopodobieństwo, że
układ jest w danym stanie (w odniesieniu do
wszystkich pozostałych stanów).
S  0
Entropia S jest termodynamiczną funkcją
zależną tylko od początkowego i
końcowego stanu układu, a nie od drogi
przejścia pomiędzy tymi stanami
Q
S 
T
lub
dQ
S
T
dQ
dS 
dT
II ZASADA TERMODYNAMIKI
Równoważne sformułowania tej zasady:
 Nie można zbudować perpetum mobile drugiego rodzaju.

Gdy dwa ciała o różnych temperaturach znajdą się w
kontakcie termicznym, wówczas ciepło będzie przepływało
z cieplejszego do chłodniejszego.

Nie można zbudować silnika cieplnego, który w całości
zamieniałby dostarczone ciepło na pracę

W układzie zamkniętym entropia nie może maleć.