7-8 Termodinamika.ppt

8/9/2019 7-8 Termodinamika.ppt

1/41

Termodinamika

Alapfogalmak

Fttelek


2/41

Bevezet

A termodinamika az energia talakulsnak trvnyeit tanulmnyozza.

Kt ga van:

Fenomenolgiai termodinamika

Statisztikus termodinamika

Fenomenolgiai termodinamika: Nhny alapttelen alapul, melyek tapasztalati

eredmnyek, ksrletek segtsgvel llapthatk meg. rmilyen t!rvny az alapttelekre vezethet" vissza.

Statisztikus termodinamika: a rendszert alkot nagyszm# elemi alkotrsz

viselkedsnek tlagos rtkei$"l vezeti le a vizsglt%elensgre, tula%donsgra vonatkoz !ssze&'ggseket.


3/41

A termodinamikai rendszer

lyan makroszko!ikus rendszer" amely #t s me$#anikai munkt $serl a

krnyezetvel.

( )*+ a k!rnyezett"l egy valsgos vagy egy kpzelt &allal hatrolhat el.

Kl$sn#atsok a T%& s a krnyezete kztt: mechanikai klcsnhatsegy er" hatsra

elmozduls k!vetkezik $e.

elektrosztatikus klcsnhatspoten-ilk'l!n$sg

hatsra t!ltsvndorls k!vetkezik $e. termikus klcsnhatsh"mennyisg ramlik a

rendszer$"l a k!rnyezet$e, vagy a k!rnyezet$"l arendszer$e.

tmeg klcsnhatsa rendszer s a k!rnyezetanyagot -serl.


4/41

A T%& s a krnyezete kzti kl$sn#ats ala!'n a rendszer le#et:

Nylt (dia$atikusrt /zollt

A termodinamikai rendszer

(y)lt rendszer * $en +rt rendszer * Fld ,zollt rendszer * -niverzum

A T%& a el!)tse ala!'n le#et:

Homogn minden pont%$an azonos makroszkopikus tula%donsgokkal rendelkezik.

Heterogn a makroszkopikus tula%donsgok nem azonosak a rendszer mindenpont%$an.


5/41

A termodinamikai rendszer lla!ot'elzi

A TDR pillanatnyi anyag- s energia-eloszlstllapotnak nevezzk.

A pillanatnyi eloszlsok ismerete atermoinamik!an alapvet" #ontossg$.

Az llapot %ellemzse makroszkopikusan mrhet"mennyisgekkel trtnik.

/lla!ot'elzk makroszkopikus mennyisgek, a rendszer pillanatnyi llapottl &'ggnek, &'ggetlenek a rendszer el"z" llapottl, nem &'ggnek az llapotvltozs #t%tl.

0ldk nyoms, h"mrsklet, tr&ogat, anyagmennyisg 0t!meg, mlszm1,elektromos t!lts, energia, elektromos er"tr, mgneses er"tr, st$.

Az lla!ot'elzk $so!ortos)tsa e2tenzv, intenzv.


6/41


12tenz)v mennyisgek

(zok a mennyisgek, melyekre igaz, hogy egy rendszer esetn a rszekre vonatkozrtkek !sszege megegyezik a rendszer egszt %ellemz" rtkkel.

,ntenz)v mennyisgek

(zok a tula%donsgok, melyekre igaz, hogy ha egy )*+3t &alakkal rszekre osztunk,akkor rtk'k minden rszrendszer$en azonos.

&szekre osztott termodinamikai rendszer

3

4

5

(z intenzv llapot%elz"k inhomogn eloszlsa egy )*+3$en olyan e2tenzv ramokat &oginduklni, melyek igyekeznek megsz'ntetni az inhomogenitst.

12tenz)v lla!ot'elzk ,ntenz)v lla!ot'elzk

h"mrsklet

elektromos trer"

nyoms

tr&ogat

elektromos t!lts

t!meg

mlszm gravit-is gyorsuls


7/41


(z egyes llapot%elz"k k!z!tt 6ggvnyszer7 ka!$solatvan.

( &'ggvnyt lla!otegyenletnek nevezz'k.

(z llapotegyenletekkel lehet lerni a termszet t!rvnyeit, ezeket keresi atermodinamika.

Kl$sn#ats a

T%& skrnyezete kztt

8a'ter 9ok /ramls 9okozat ;unka 9


8/41

,delis gzok termikus lla!otegyenlete

(z idelis gz tr&ogatnak vltozsa &'gg a rendszer h"mrsklett"l, nyomstl,s az anyagmennyisgt"l.

nRTp&=

)ermszetes k!r'lmnyek k!z!tt 'p@A : atm, )@A


9/41

,delis gzok termikus lla!otegyenlete

nRTp&=

0lda Ggy ml HaHI=h"$omlsa sorn : ml HI kJ


10/41

,delis gzokra rvnyes trvnyek

3. Boyle*;ariotte trvnye:Ggy adott mennyisg> idelis gz tr&ogatnak snyomsnak szorzata adott h"mrskleten lland.

( gz kt k'l!n$!z" llapotra rvnyes'l az al$$i

!ssze&'ggs

lland=p&


11/41

4. Iay*Jussa$ trvnye:

/zo-hor &elttelek k!z!tt 05 A lland1 a gz nyomsnaks h"mrskletnek hnyadosa lland.

ose!# Iay*Jussa$3=E3=L>

lland=T

p

nik. (z intenzv llapot%elz"k a rendszeren $el'l homogn eloszls#ak.

Az egyensMly sz6ksges s elgsges elttele az intenz)v lla!ot'elzk#omogn eloszlsa.

1gyensMlyi lla!otok:

Sta$il

;etasta$il

Oa$ilis

StaHil egyensMly

;etastaHil egyensMly

JaHilis egyensMly


14/41

A termodinamika ,. ttele

(z anyagnak kt &ontos sa%tossga a tmegs az energia.

Ggy test !sszenergi%a

( kinetikus energia 91kin a test mozgsllapottl &'gg.

( !oten$ilis energia 91!ot a test helyzett"l &'gg. ( Hels energia a testet &elpt" rsze-skk kinetikus s poten-ilis energi%nak

!sszege.

!els"potkinssz *++* ++=

Bels energia:

az anyagot &elpt" rsze-skk rendezetlenmozgsa, &orgsa, rezgse 0Rkin1

(z anyagot &elpt" rsze-skk k!ztivonztaszt er"k, k!tsi er"k, az atomot&elpt" rsze-skk k!z!tti k!t"dsek 0Rpot1


15/41


( termodinamik$an olyan rendszereket vizsglunk, melyeknl a mozgsi spoten-ilis energia vltozatlan, vagy elhanyagolhatan ki-si.

)ermodinamik$an a -l meghatrozni a rendszer $els" energi%nak vltozst,azaz R rtknek meghatrozsa.

Ggy rendszer a $els" energi%t megvltoztathat%a

;unkavgzssel, 8" leadssal vagy &elvtellel.

,(((* n ++++= ...


16/41


A munka

;e-hanik$an a munka az er"hats, s az er"hats miatt $ek!vetkez" elmozdulsszorzata.

)ermodinamik$an a legnagyo$$ %elent"sggel a tr&ogati munka 0Q t1 $r.

( munka nem llapot%elz". ttl &'gg" mennyisg.

( munka a rendszer hatr&el'letn &ellp" energiatranszport3mennyisg, melyet ak!l-s!nhatshoz tartoz s a h"mrsklett"l k'l!n$!z" intenzv llapot%elz"k

inhomogenitsa hoz ltre.

&p(t =


17/41


A # 9O

( rendszer hatrn traml energiamennyisg.

( h" tlpve a rendszer hatrt a rendszert alkot elemi rszek poten-ilissvagy kinetikus energi%t n!veli 09 T @1 vagy -s!kkenti 09 U @1.

( h" nem llapot%elz". ttl &'gg" mennyisg. ( h" &olyamat%elz".

( h" a rendszer hatr&el'letn &ellp", t!meg3k!l-s!nhats nlk'li energia3transzport3mennyisg, melyet a h"mrsklet3eloszls inhomogenitsa indukl.


18/41


A munka s a # ( rendszer hatr&el'letn &ellp", a rendszer s k!rnyezete k!z!tti

k!l-s!nhatshoz tartoz %ellemz"k.

;indkett" a termodinamikai rendszer kt llapota k!z!tti tmenetet

%ellemzi s nem a rendszert. Folyamat%ellemz"k

;indkett" &'ggvnye az llapotvltozs md%nak, azaz #t&'gg"k, e$$"lk!vetkez"en nem llapot%elz"i a rendszernek.

,(* t+=

&p,* =


19/41

3. 0lda:

S#lyt helyez'nk a dugatty#ra.Oevessz'k a s#lyt a dugatty#rl.


@:==: += ((*

Beektetett

munka

&endszer ltal vgzett munka

FelszaHadult #


20/41


21/41

4. 0lda: Dt lps$en helyez'nk s#lyt a dugatty#ra. Dt lps$en vessz'k le a s#lyokat a dugatty#rl.


Beektetettmunka

Beektetettmunka

&endszer ltal vgzett munka

FelszaHadult #


22/41

4. 0lda:

Diindulsi llapot p:nyoms, 5:tr&ogat. S#lyt helyez'nk a dugatty#ra pknyoms mellett a tr&ogat 5k3re -s!kken. ;g egy s#lyt helyez'nk a dugatty#ra p


23/41

Ggy &olyamat$an mindig nagyo$$ munkt kell $e&ektetni, mint amennyitvisszakapunk.

Ggy &olyamat$an a rendszer mindig nagyo$$ h"t kap a k!rnyezett"l, mint amennyitlead.

Ggy &olyamat sorn az energia megmarad, de a rendszer munkt veszt s -ser$e h"tnyer. Hs!kken a rendszer munkavgz" kpessge.

,. Fttel #inyossga:

( termszetes &olyamatok irreverzi$ilisek, azaz kit6ntetett irnyuk van.

(#ny meglla!)ts


24/41

(z energinak $rmilyen irny# talaktsa nem lehetsges.

Nem mindegy, hogy egy rendszer energi%a milyen &orm$anvan meg.

( termszet$en le%tszd spontn &olyamatokmindig irreverzi$ilisek.

A termodinamika ,,. ttele

3=L>*Hen: 8 mindig a melegeHH #elyrl megy a #idegeHH el.

3=L3*Hen: ;inden nknt vgHemen olyamatHanmunka vsz krHa s # keletkezik.

S!ontn olyamat:k'ls" $ehats nlk'l%tszdik le.

&udol @lausius3=44E3===

Jord Kelvin

3=4GE3C>


25/41

( termodinamikai &olyamat le&olysi irnynak %ellemzsre sz'ksges egy M'aHHtermodinamikai lla!ot'elznek a $evezetse.

( spontn &olyamatok egyirny#sgt olyan lla!ot6ggvnnyel lehet lerni, melyadott kezdeti &elttelek mellett $sak egyetlen irnyHa vltoz#at.

( &'ggvny vltozsnak reverzi$ilis &olyamat eset$en nullnak kell lennie.

(mikor a &olyamat elri az egyens#lyi llapotot, az llapot&'ggvnynekszls"rtkpont%a kell legyen 0ma2imum vagy minimum1.

(z llapot%elz" a rendszer egyens#ly &el haladst mri. 12tenz)v mennyisg,mely kap-solat$an van a h"vel s a h"mrsklettel.


(em le#etsges olyan krolyamat" melynek sorn egy#tartlyHl elvont #" minden egyH #ats nlk6l" tel'es

egszHen munkavgzsre lenne ord)t#at.


26/41


1gy szigetelt rendszer entr!i'a minden s!ontn olyamatsorn n. Amikor az entr!ia elri ma2imlis rtkt"

akkor a rendszer egyensMlyHa ker6lt.

Az entr!ia 9S

( termikus k!l-s!nhatshoz tartoz e2tenzv mennyisg.

Eelentse 0g!r!g sz1 A valami &el &ordul 0Hlausius vezeti $e :WMX3$en1

9 A )4S

1gy rendszer molekulris rendezetlensgnek a mrtke.

;inden nknt le'tszd vltozs a vilgegyetem

entr!i'nak nvekedsvel 'r.

Kl$sn#ats a

T%& skrnyezete kztt

8a'ter 9ok /ramls 9okozat ;unka 9


27/41

;inl rendezette$$ egy anyag, annl kise$$ az entrpi%a. S (gz) > S (folyadk) > S (szilrd)

S enyhn nvekszik aS enyhn nvekszik a

hmrsklettelhmrsklettel

S nagymrtkben vltozikS nagymrtkben vltozik

fzistalakulskorfzistalakulskor

Plda: SYgra&itA M,C Emol4D

SYgymnt A


28/41


A #mrsklet 9T

A termikus kl$sn#ats intenz)v !aramtere.

Az entr!iavltozs 9

S

Ggy &olyamat akkor %tszdik le spontnmdon, ha a rendszer entrpi%a n".

/zollt rendszer a termszet$en nin-s. ( rendszer s a k!rnyezetnek!sszentrpi%a rtelmezhet"

S!sszA SrendszerL Sk!rnyezet

Srendszer T @

S!sszT @


29/41


Az entr!iavltozs 9

S

( &olyamat irnya k6lsenergia*Heektetsselmegvltoztathat, a meg&ordtott&olyamat$an az entrpia -s!kken.

D'ls" munka $e&ektetse rn !oten$ilk6lnHsg%!het ltre a rendszer$en,melynek hatsra a $els" energia hasznos munkv alakthat.

( &olyamat meg&ordtshoz sz'ksges munka mindig nagyo$$, mint az a

munka, amely a $els" energi$l alakthat t.

A azk v)z M'raelorral#at.


30/41


Standard entr!ia 9SP )iszta, egy ml anyag entrpi%a 9QmolRK

HI 0g1 :XB,CHI< 0g1


31/41

Alkalmazsok

3. Folyamatok tanulmnyozsa lland trogat mellett lland tr&ogaton egy rendszer energi%nak a megvltozsa egyenl" a kpz"d!tt

vagy elnyelt h" mennyisgvel.

;olris #ka!a$its" ml# 9@v:az a h"mennyisg, ami ahhoz sz'ksges, hogylland tr&ogat mellett egy ml anyag h"mrsklett egy &okkal megemel%'k.

Fa'#" 9$v:az a h"mennyisg, ami ahhoz sz'ksges, hogy lland tr&ogat mellettegy gramm anyag h"mrsklett egy &okkal megemel%'k.

&,*=

Tn, && =

Tmc, && =


32/41

Alkalmazsok

4. Folyamatok tanulmnyozsa lland nyoms mellett lland nyomson egy rendszer entalpi%nak a megvltozsa egyenl" a

kpz"d!tt vagy elnyelt h" mennyisgvel.

;olris #ka!a$its" ml# 9@!:az a h"mennyisg, ami ahhoz sz'ksges, hogylland nyomson egy ml anyag h"mrsklett egy &okkal megemel%'k.

Fa'#" 9$v:az a h"mennyisg, ami ahhoz sz'ksges, hogy lland nyomson egygramm anyag h"mrsklett egy &okkal megemel%'k.

p,H=

Tn, pp =

Tmc, pp =


33/41

A vz kapa!itsa

! 3 atm

A az a h"mennyisg amit egy testtelk!z!lni kell ahhoz, hogy h"mrsklettegy &okkal megn!vel%'k.

Fa" a h"kapa-its : g anyagravonatkoztatva.

( vz &a%lagos h"%nek vltozsa ah"mrsklettel anomlit mutat.

A #agy kapa!its k$vetkezm#ye:

;rskelt id"%rs enyhe tl sh>v!se$$ nyr.

tengerek s -enokglo$lisan $e&olysol%k azid"%rst.

3 kg > @*os v)z elmeleg)tse 3 @*ra G43" *t ignyel.

3 kg 4> @*os v)z elmeleg)tse 43 @*ra G3=3"= *t ignyel.

AnyagFa'#

@!9QgRK

vas @,??X

lom @,:=@

higany @,:?@

nitrogn :,@?@

o2ign @,X:W

metanol


34/41

Alkalmazsok

4. 1ntal!iavltozs 9

8

lland nyomson a rendszer$e h" &orm%$a $e3 vagy kiraml energia 8"&elsza$adulskor a rendszer entalpi%a -s!kken

8 U @ 0e2oterm &olyamat1

8a a rendszer h"t nyel el, akkor entalpi%a megn"

8 T @ 0endoterm &olyamat1 Spontn &olyamatot el"segti az e2oterm reak-i

%&oterm folyamatok:

NaI8, 8


35/41

Alkalmazsok

4. Az ental!ia meg#atrozsa Ggy reak-i le%tszdsa sorn &elsza$adul vagy elnyelt h"mennyisg

kalorimter segtsgvel hatrozhat meg.

( kalorimtert +o$ert Z. von unsen &e%lesztette ki %gkalorimter.

( korszer> kaloriter *eQar3ednyt tartalmaz.


36/41

Alkalmazsok

5. A standard ental!iavltozs 9

8P

Ggy ml anyag kpz"dsvel %r entalpiavltozs


37/41

A termodinamika undamentlis egyenlete

IiHHs*egyenlet Figyelem$e veszi a h"-sere s tr&ogati munka mellett a kmiai talakulst is

0kmiai munkavgzs1.

Ggy kmiai &olyamat ha%tere%e a kmiai poten-il 0]1.

iii /RTln@

+=

]ia t!$$komponens> rendszer egyik komponensnek kmiai poten-il%a.

/iaz ianyag mlt!rt%e.

( kmiai !oten$ila rendszer ltal vgzett munka egy ml anyag transzport%a

sorn.

IiHHs*egyenlet:

ii n&pT* +=

Kl$sn#ats aT%& s

krnyezete kztt8a'ter 9ok /ramls 9okozat ;unka 9


38/41

A termodinamika undamentlis egyenlete

IiHHs*le szaHadenergia 9I

( rendszer azon kpessge, hogy hasznosmunkt vgezzen.

Koten-ilis energia

( rendszer spontnul a sza$ad energi%a-s!kkentsre t!rekszik.

P U @

-TH0 =

S!sszA Srendszer3 8) 403)1

3)4S!sszA 8 3)4Srendszer

IiHHs*egyenlet:


39/41

SzaHad energia vltozsa s a olyamat irnya


40/41

Standard szaHad energiavltozs 9I

Ggy ml tiszta anyagra vonatkoztatott rtk : atm nyomsons


41/41

Saul Steinberg (1914-1999)

Romniban szletett amerikai

karikaturista

Nem termszetes folyamat The New Yorker

Documents

7-8 Termodinamika.ppt