of 33 /33
Curs 7 1

Fizic ă General ă

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Fizic ă General ă. Curs 7. Termodinamica. Termodinamica. Termodinamica este ramura fizicii care se ocupa cu studiul macroscopic al fenomenelor în care are loc un transfer de energie sub formă de căldură și de lucru mecanic. Noţiuni importante în termodinamică: - PowerPoint PPT Presentation

Text of Fizic ă General ă

  • Curs 7*

  • *

  • *

  • *

  • Termodinamica este ramura fizicii care se ocupa cu studiul macroscopic al fenomenelor n care are loc un transfer de energie sub form de cldur i de lucru mecanic.*

  • *Noiuni importante n termodinamic:

    Un sistem termodinamic reprezint un ansamblu de corpuri de dimensiuni macroscopice, cu volum determinat, constituit din molecule i atomi, care se gsesc ntr-o micare continu i dezordonat i interacioneaz cu mediul exterior ca un ntreg.

    Mrimile ce caracterizeaz complet starea sistemului termodinamic se numesc parametri de stare (p, V, T) i sunt legai prin ecuaia de stare:

    Mrimile care sunt univoc determinate de parametrii de stare se numesc funcii de stare.

    Cea mai important funcie de stare este energia intern U a sistemului.

  • *Din punctul de vedere al relaiilor cu mediul extern:

    a) sisteme izolate (nu schimb cu exteriorul nici substan, nici energie);

    b) sisteme nchise (schimb cu exteriorul numai energie, dar nu i substan);

    c) sisteme deschise (schimb cu exteriorul att substan ct i energie)

    d) sisteme adiabatice schimb doar lucru mecanic.

  • Dup tipul mrimii fizice caracterizate, parametrii se mpart n:

    parametrii mecanici: volumul, presiunea, fora, etc.

    - parametrii termodinamici: temperatura, energia intern, entropia, etc.*

  • Transformarea termodinamica de stare - trecerea unui sistem dintr-o stare de echilibru n alta, odat cu modificarea condiiilor exterioare.

    Transformrile cvasistatice - parametrii de stare variaza lent n timp, astfel nct n orice moment, sistemul poate fi considerat n echilibru.*

  • Transformarea se numeste ciclic sau nchis dac starea finala a sistemului termodinamic coincide cu starea sa iniial, dup parcurgerea altor stri intermediare diferite; *

  • Transformarea reversibil este transformarea n care, prin schimbarea semnului de variatie al parametrilor de stare, sistemul evolueaza de la starea final la starea initial, trecnd prin aceleai stri intermediare de echilibru prin care a trecut n transformarea primar, de la starea iniial la starea final.

    Orice transformare care nu este reversibil este ireversibil.*

  • *Expresia general a lucrului mecanic efectuat de un sistem caracterizat prin parametrii de for Ai i parametrii de poziie ai este:

  • *

  • *Gazul ideal (perfect) constituie un concept idealizat, definit prin urmtoarele condiii:molecule perfect sferice i elasticevolumul propriu al moleculelor este neglijabil n raport cu volumul ocupat de gazforele de interaciune molecular sunt nuletraiectoria ntre doua ciocniri consecutive ale unei molecule este o linie dreapt.

  • *Legea Boyle Mariotte (transformarii izoterme T = ct.):ntr-un proces n care temperatura nu se modific n timp, produsul dintre presiune i volum este constant.

  • *Legea Gay Lussac (transformare izobara p = ct): la presiune constanta volumul gazului ideal este direct proportional cu temperatura absolut a gazului:

    n coordonate (V, T) o transformare izobar se reprezint grafic printr-o dreapt (izobar).

  • *La volum constant, presiunea unei mase date de gaz variaz proporional cu temperatura.n coordonate (p, T) o transformare izocor se repezint grafic printr-o dreapt (izocor).

  • *Reunind ntr-o singur ecuaie cele trei legi obinute (cunoscute sub numele de legile gazelor perfecte), vom obine o dependen ntre toate variabilele de stare, cunoscut sub numele de legea general a gazelor perfecte.

    este numrul de moli de gaz, R constanta universal a gazelor (R = 8314 J/mol*K)

    m - este masa gazului, n kg; - este masa molar a gazului, n kg/kmol;NA numarul lui AvogadrokB constanta lui Boltzman

    6,0221367 1023molec/mol 1,380662 10-23 J/(molec K)

  • *la presiuni ridicate i temperaturi sczute, efectul forelor de coeziune molecular devine important, iar volumul propriu al moleculelor nu mai este neglijabil .

    Ec. de stare pentru gazele reale au forme matematice.

  • *ecuatia Van der Waals:

    ecuatia Berthelot :

    ecuatia Clausius:

    in care a, b, c sunt constante, determinate pe cale experimentala;

  • *Postulatul 1Un sistem termodinamic izolat evolueaz spre starea de echilibru pe care o atinge fr a o putea depi atta timp ct parametrii externi sunt meninui constani.Postulatul 2Daca avem trei sisteme A, B si C, aflate in echilibru termodinamic, iar fiecare din sistemele A si C este in echilibru cu B, atunci si sistemele A si C sunt in echilibru intre ele.

  • *Orice sistem termodinamic este caracterizat printr-o functie de stare numita energie interna. Variatia acestui parametru ne indica schimbul de energie cu mediul exterior.

    energia interna se refer la energia tuturor formelor de micare i de interacie dintre particulele care alctuiesc sistemul. Dac la energia intern a sistemului se adaug energia sa cinetic ( de micare n ansamblu a sistemului) i cea potenial datorit prezenei unui cmp de fore extern, se obine energia total a sistemului.

    Pentru o transformare elementara ecuatia principiului intai devine

  • *Intr-un proces ciclic, deoarece U2 = U1, vom avea

    Pentru un gaz L = p dV , prin urmare

    Folosind marimi specifice (prin raportarea la masa sau volum):

  • *Transformarea izocor

    k - exponentul adiabaticcp - cldura specific la presiune constant cv - cldura specific la volum constant relaia Robert Mayer pentru gaze perfecte

  • Transformarea izobar

    Transformarea izoterm

    *

  • *Formularea lui W. Thomson (lord Kelvin)Nu este posibil un proces ciclic reversibil prin care sa fie transformata in lucru mecanic caldura primita de la o singura sursa de caldura.Formularea lui ClausiusCaldura nu trece ,,de la sine" de la un corp cu temperatura mai mica la un corp cu temperatura mai mare.Formularea lui CaratheodoryIn vecinatatea unei stari arbitrare a unui sistem termodinamic izolat, exista stari care nu pot fi atinse prin procese adiabatice reversibile. Formularea generala Pentru ca un sistem sa poata efectua l.m. intr-o transformare in ciclu el trebuie sa primeasca en. calorica de la o sursa calda si sa cedeze o parte din ea unei surse reci

  • *Formularea lui Caratheodory sugereaz existena unei funcii de stare a crei valoare este constant pentru transformrile adiabatice. Vom numi aceast funcie de stare: entropie empiricPrincipiul al doilea al termodinamicii este echivalent cu afirmaia existenei parametrului de stare extensiv S.

  • *entropia absolut are urmtoarele proprieti:

    mrime de stare aditiv, conservativeste definit pna la o constant arbitrar; n cazul proceselor ciclice, variaia entropiei este zero.

    constituie expresia matematic a principiului al II-lea al termodinamicii pentru procese ciclice

  • *Entropia substantelor pure condensate tinde la zero cand temperatura tinde la zero absolut

  • *

  • a) gazul este format dintr-un nr. foarte mare de particule identice (1023)b) dimensiunile particulelor sunt neglijabile comparativ cu distantele dintre ele, a.i. Pot fi considerate puncte materialec) moleculele sunt intr-o continua miscare haotica, dezordonata; miscarea fiecarei molecule se supune legilor mecanicii clasiced) ciocnirile moleculelor cu peretii vasului sunt perfect elastice;f) fortele intermoleculare sunt neglijabile; traiectoriile moleculelor sunt liniare, ele nefiind supuse nici unor forte.*

  • Conform teoriei Bernoulli presiunea exercitata de gaz asupra peretilor vasului se datoreaza ciocnirii moleculelor cu pereteleAstfel, la fiecare ciocnire molecula de masa m cedeaza peretelui un impuls egal cu 2mvx cu vx viteza dupa directia x perpendiculara pe peretele vasului =>

    Daca in vas sunt N molecule cu viteza vxi si intre molecule nu au loc ciocniri =>*Nici o directie nu este privilegiata Relatia fundamentala a teoriei cinetico-moleculara

  • => temperatura este o masura a energiei cinetice a moleculeiDespicarea energiei unei molecule pe gr. de libertate

    Prin generalizare=> *viteza termic Energia cinetica medie de translatie a unei molecule libere (cu 3 gr. de libertate)Principiul echipartitiei energiei pe gr. de libertate f nr. gr. de libertate

    *******************************