Fizyka_MSOS_12

Kalendarium
Sesja
Ferie
Test 15 min
Wykład
Sesja
Test 90 min
Wykład
Termodynamika
Zmienne makroskopowe
Zamiast opisywać położenia i pędy wszystkich cząsteczek w
zbiorniku, będziemy opisywać układ za pomocą zmiennych
makroskopowych.
Zmienne makroskopowe (tzw. funkcje stanu):
temperatura
ciśnienie
energia wewnętrzna
liczba cząstek
Równowaga
termodynamiczna
Równowaga termodynamiczna: funkcje stanu mają tę samą
wartość w każdym miejscu układu i nie zmieniają się w
czasie.
Jeżeli układy A i B zostaną doprowadzone do kontaktu
cieplnego i ich funkcje stanu nie zmieniają się, są one w
równowadze termodynamicznej.
A
B
Zerowa zasada
termodynamiki
C
A w kontakcie cieplnym z C ale nie z B
A
B
B w kontakcie cieplnym z C ale nie z A
Jeżeli, po dostatecznie długim czasie:
A w równowadze z C
B w równowadze z C
To A jest w równowadze z B (wynik doświadczalny)
Zerowa zasada
termodynamiki
Jeżeli ciała A i B są one w równowadze termodynamicznej z
trzecim ciałem C, to są one także w równowadze
termodynamicznej ze sobą.
Każde ciało ma pewną właściwość, którą nazywamy temperaturą.
Kiedy dwa ciała znajdują się w stanie równowagi
termodynamicznej, ich temperatury są równe. I na odwrót.
Pomiar temperatury
Aby zdefiniować skalę temperatury należy wybrać jakieś
powtarzalne, zależne od temperatury zjawisko i przypisać mu, w
sposób dowolny, pewną wartość.
Istnieją różne skale temperatury, m.in.:
-Kelvina
-Celsiusa
-Fahrenheita
Pomiar temperatury – skala
Kelvina
Punktowi potrójnemu wody odpowiada temperatura T3 = 273.16
K. Zeru bezwzględnemu odpowiada temperatura równa 0 K.
1 K (Kelvin) – 1/273.16 różnicy pomiędzy temperaturą punktu
potrójnego wody a zerem bezwzględnym.
Skala Celsjusza
Anders Celsius (1701–1744) zaproponował
‘odwróconą’ skalę temperatury:
0o – wrzenie wody
100o – topnienie lodu
Carolus Linnaeus (1707–1778) zastosował
te same punkty temperatury lecz odwrócił
skalę:
100o – wrzenie wody
0o – topnienie lodu
Skala Farenheita
Daniel Gabriel Fahrenheit (1686–1736) użył do kalibracji:
0oF – temperatura solanki (lod, woda, sole)
100oF – temperatura żony
W skali Fahrenheita temperatura zamarzania wody: 32oF, a
temperatura wrzenia wody ~ 212oF. Aby różnica wynosiła
180oF, zrobiono drobne poprawki. W wyniku poprawek
temperatura ciała ludzkiego wynosi 98.6oF.
Skala Farenheita, Celsiusa i
Kelvina
Rozszerzalność cieplna
Rozszerzalność liniowa:
DL = aLDT
a –współczynnik rozszerzalności liniowej
Rozszerzalność cieplna
Przykład: Jaka jest różnica długości
legara betonowego o długości 12 m,
pomiedzy latem (35oC) i zimą (-5oC)?
L = 12 m
DT = 40oC
a= 12*10-6/C
DL =12*10-6 *12 * 40 = 5.5*10-3 m =
5.5 mm
Rozszerzalność cieplna
Bimetal
Zastosowania:
Termometry
Termostaty
Przerywanie obwodu elektrycznego
Rozszerzalność cieplna
Rozszerzalność objętościowa:
DV = bVDT
b –współczynnik rozszerzalności objętościowej
Ciepło
otoczenie
TO
otoczenie
układ TU
TU > TO
Q
Q<0
TO
układ TU
TU = TO
Q=0
otoczenie
TO
układ TU
TU < TO
Q
Q>0
Ciepło jest energią przekazywaną między układem a jego
otoczeniem na skutek istniejącej między nimi różnicy temperatury.
Jednostką ciepła jest dżul
1 cal = 4, 1860 J (ciepło potrzebne do podgrzania 1g wody o 1C )
Pochłanianie ciepła
Pojemność cieplna C jest stałą
proporcjonalności pomiędzy ciepłem Q
pobieranym lub oddawanym przez to ciało,
zmianą temperatury.
Q = CDT = C(Tkonc - Tpocz)
C – pojemność cieplna
Q = cmDT = cm(Tkonc - Tpocz)
c – ciepło właściwe
(pojemność cieplna/jednostkę masy)
Ciepło przemiany
Ilość energii, która w postaci ciepła należy przekazać
jednostkowej masie substancji, aby uległa ona przemianie
fazowej, jest nazywana ciepłem przemiany
Q = cprzemm
cprzem – ciepło przemiany
Ciepło i praca
dW = Fds = p(Sds) = pdV
W
Vkońo
W   dW  
V pocz
Q
zbiornik
cieplny
T
pdV
Ciepło i praca
p
p
P
p
P
P
K
K
W
W
V
p
P
W
K
K
V
W
V
V
Różne możliwości przeprowadzenia gazu
ze stanu początkowego P do stanu
końcowego K, na wykresie p-V. Pole pod
krzywą odpowiada pracy wykonanej przez
gaz. Każdemu z możliwych procesów
odpowiadają różne wartości wykonanej
pracy W i pochłoniętego ciepła Q.
I zasada termodynamiki
Przeprowadzając układ ze stanu początkowego do
końcowego, ilość wykonanej pracy i pobranego ciepła
zależą od rodzaju przemiany. Jednak różnica Q-W jest
jednakowa dla wszystkich procesów. Wielkość tą
nazywamy energią wewnętrzną Ew.
DEw = Ewkonc – Ewpocz = Q - W
dEw = dQ - dW
Mechanizmy przekazywania
ciepła
Jak dokonuje się wymiana ciepła miedzy układem a
otoczeniem?
1. Przewodnictwo cieplne
2. Konwekcja
3. Promieniowanie
Konwekcja
Proces przekazywania ciepła związany z ruchem cząsteczek w
gazie lub cieczy.
Bryza poranna
i wieczorna
jest wynikiem
konwekcji