termodynamika - fch.upol.czfch.upol.cz/wp-content/uploads/2015/07/   Termodynamika •studujevlastnostisoustavz

  • View
    217

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of termodynamika - fch.upol.czfch.upol.cz/wp-content/uploads/2015/07/   Termodynamika...

Termodynamika

Soustava soustava - st prostoru sltkovou npln oddlen odokol

skutenmi nebo mylenmi stnami okol prostor vn uvaovan soustavy

Soustava

Okol

Hranin plocha

SoustavaRozdlen podle vztahu kokol Izolovan Uzaven Oteven

Rozdlen podle stejnorodosti Homogenn Heterogenn

SoustavaOteven soustava vymuje sokolm energii i hmotu hrnec bezpokliky

Uzaven soustava vymuje sokolm energii,nevymuje hmotu lhev sminerlkou

Izolovan soustava nevymuje sokolm ani energii ani hmotu zaven mrazc taka

Adiabaticky uzaven tepeln vmna sokolm nen mon

Termodynamika studuje vlastnosti soustav zenergetickho hlediska zmny vsoustavch vyvolan zmnou vnjch podmnek

Umouje: stanovit mnostv energie vymnn vrznch formch meziokolm asoustavou

urit podmnky uskutenitelnosti dje urit za jakch podmnek sevsoustav ustaluje rovnovha urit sloen soustavy vrovnovze nalzt vhodn podmnky prozskn optimlnch vtk nelze urit rychlost dje adobu potebnou kdosaenrovnovhy

TermodynamikaTermodynamick veliiny stavov veliiny T,P,V,H,S,G,A,kJT

nestavov veliiny QaW

Termodynamick rovnovha stav pi kterm vsystmu neprobhaj dn makroskopick

zmny atermodynamick veliiny jsou vase konstantn rovnovha jeposuzovna znkolika hledisek fzovho,

chemickho,koncentranho,tepelnho,mechanickho(tlakovho)

TermodynamikaZkladn pojmy Teplo zmna energie soustavy na zklad teplotnho rozdlumezi soustavou aokolm (nejedn seostavovou veliinu)

Prce ostan formy vmny energie soustavy,pi kterchzpravidla dochz ksilovmu psoben mezi soustavou aokolm (nejedn seostavovou veliinu).Vjimka jeelektrick achemick prce.

TermodynamikaZnamnkov konvenceTeplo zhlediska soustavyQ>0teplo piveden dosoustavyQ>0teplo odeveden ze soustavy

PrceW>0prce vykonan soustavouW>0prce dodan soustav

TermodynamikaTermodynamick dj pechod soustavy zjednoho stavu dodruhho hodnoty stavovch veliin nezvis na zpsobu,jakm zmnaprobhla (mn sebezohledu na cestu,jakou tato zmnaprobhla)

hodnoty nestavovch veliin zvis na zpsobu,jakm zmnaprobhla

1. Dje vratn anevratn (reverzibiln/ireverzibiln)2. Dje pi konstatntn termodynamick veliin3. Dje kruhov (cyklick)

Termodynamika1. Dje vratn anevratn Vratn dj soustava jevtermodynamick rovnovze.Lze se

vrtit dovchozho stavu.Systm prochz velkm potemmalch stavovch zmn,pi nich jevdy nekonen malzmna kompenzovna zmnou soustavy.

A B A

Nevratn dj soustava nen vtermodynamick rovnovze.Nelye sevrtit dopvodnho stavu.

A B C

Termodynamika2. Dje pi konstantn termodynamick veliinT =konst. izotermick djp =konst. izobarick djV =konst. izochorick djQ =konst. adibatick djS =konst. izoentropick djH =konst. izoentalpick dj

Termodynamika3. Dje kruhov zmna stavov veliiny jenulov zmna nestavov veliiny jenenulov

A B C D E F A

TermodynamikaPostult I O pechodu systmu dorovnovnho stavu

"Pi nemnnch vnjch podmnkch dospje kad systm dostavu termodynamick rovnovhy."

vppad,e systm nen vrovnovze,jeho vlastnosti sesamovoln mn tak,abysystm rovnovhy doshl mrarychlosti dosaen relaxan as

TermodynamikaPostult II Ovnitn energii

"Vnitn energie Ujestavov extenzivn veliina."

Vnitn energie souet kinetick energie pohybujcch sestic,potenciln

energie vzjemnho pitahovn aodpuzovn stic aenergiezen uvnit soustavy

na hodnotu vnitn energie nem vliv pohyb ani polohasoutavy jako celku

TermodynamikaPostult III 0.vta termodynamick"Jsou lidv rzn tlesa AaBvtepeln rovnovze (maj stejnouteplotu)stlesem C,potom jsou vtepeln rovnovze (majstejnou teplotu)i navzjem."

men teploty

Teplota charakterizuje tepeln stav ltky(jemrou kinetickou energie stic)

A B B C A C

TermodynamikaTeplotn stupnice

Celsiova teplotn stupnice (AndersCelsius) 0C doln zkladn teplota (teplota smsi voda atajc ledza

101,325kPa 100C horn zkladn teplota varu vody pi 101,325kPa

TermodynamikaTeplotn stupnice

Fahrenheitovateplotnstupnice(GabrielDanielFahrenheit) 0F zkladn doln teplota (teplota smsi led+voda+salmiak,

-17,7C) 96F horn zkladn (teplota zdravho lovka 37C)

TermodynamikaTeplotn stupnice

Absolutntermodynamickstupnice(W.ThompsonlordKelvinofLargs) 0K doln zkladn teplota - zastaven tepelnho pohybu

(atomyi molekuly vnaprostm klidu) 273,15K horn zkladn trojnbodvody(0,01 C a 610

Pa)

TermodynamikaTeplotn stupnice

TermodynamikaTeplotn roztanost

TermodynamikaPostult IV 1.vta termodynamick energie nevznik znieho,jedna jej formaseme

pemovat vdruhou

Homogenn uzaven soustava"Zmna vnitn energie soustavy (DU)jerovna teplu Qaprci W,kterou soustava pijala nebo odevzdala."

vnitn energii lze zmnit pouze dodnm nebo odvedenmtepla anebo dodnm nebo vykonnm prce.

Pemna prce na teplo tmto omezenm nepodlh (viz.II.VTD)

TermodynamikaPostult IV 1.vta termodynamick

Izolovan soustava

pi vech djch stejn celkov energie

Slovn formulace 1.vty termodynamiky1. Nen mon sestavit storj,kter bykonal prci,ani byse

zmenila jeho energienebo energie jeho okol tzv.perpetuum mobileI.druhu.

2. Nelze sestrojit perpetuum mobileI.druhu

Termodynamika1.vta termodynamiky

Entalpie H

zjednoduen vpot pi izobarickch aadiabatickch djch

TermodynamikaAplikace 1.vty termodynamiky

Vnitn energie

Entalpie

Mayerv vztah

TermodynamikaTeplo jeenergie vymnn mezi systmem aokolm jako dsledek

teplotnho rozdlu mezi nimi teplo jeenergie penesen zjednoho tlesa na jinou formu

neuspodanho pohybu mikrostic (zpravidla dsledkemrozdlu teplot tles)

TermodynamikaMrn tepeln kapacita pi konstantnm tlaku cp Cp teplo,kter jenutn dodat jednotkovmu mnostv ltky pikonstantnm tlaku,abyseohla o1K

Mrn tepeln kapacita pi konstantnm objemu cV CV teplo,kter jenutn dodat jednotkovmu mnostv ltky pikonstantnm objemu,abyseohla o1K

VV T

Un

C

=1

pp T

Hn

C

=1

TermodynamikaDj Objemov prce

Izotermick

Izobarick

Izochorick

Adiabatick

Poissonova konstanta

Termodynamika Protrvalou pemnu tepla vmechanickou energii jepotebatepelnho stroje vkterm probh kruhov dj.

Propechzen tepeln energie na mechanickou energii musmt teplo monost pechzet ztepljho tlesa na chladnjtleso (dva tepeln zsobnky orzn teplot)

Prci kon pouze st tepla pijatho dozsobnku.Zbyl sttepla odevzd pracovn ltka chladnjmu zsobnku.

Tepln innost jevdy >1

TermodynamikaPrce jeenergie,kter jepenesena zjednoho tlesa na jin formou

uspodanho pohybu (zpravidla dsledkem vnj slypsobc mezi tlesy)

TermodynamikaParn elektrrna

Termodynamika2.vta termodynamikaClausiusova formulace"Teplo neme samovoln pechzet ze soustavy oni teplotdosoustavy ovy teplot."

Thomsonova formulace"Nelze sestrojit cyklicky pracujc stroj,kter bytrvale pouzeodebral teplo ztepelnho zsobnku api te teplot vekertoto odebran teplo mnil na mechanickou energii."

TermodynamikaClausiusova formulace"Teplo neme samovoln pechzet ze soustavy oni teplotdosoustavy ovy teplot." Tepeln erpadlo abyfungovalo musme dodat prci

zvnjku.

Vechny druhy energie lze pevst bezomezen na energiitepelnou,aletepelnou energii lze na ostatn energie pevdt jensjistmi omezenmi.

TermodynamikaLednika vs.tepeln erpadlo

TermodynamikaThompsonova formulace"Nelze sestrojit cyklicky pracujc stroj,kter bytrvale pouzeodebral teplo ztepelnho zsobnku api te teplot vekertoto odebran teplo mnil na mechanickou energii." dleit poznatek prokonstrukci tepelnch stroj nelze vekerou odebranou tepelnou energii beze zbytku

pemnit na prci perpetuum mobileII.druhu

Termodynamika2.vta termodynamiky

Entropie

stavov veliina (extenzivn aaditivn)

Vratn anevratn adiabatick dje

TermodynamikaEntropieVratn adiabatick dj

pi vratnm adiabatickm dji senetropie soustavy nemn azstv konstantn

dj izoentropick

TermodynamikaEntropieNevratn adiabatick dj libovoln nevratn dj lze nahradit jednm nebo nkolika

libovolnmi vratnmi dji

TermodynamikaSpojen 1.a2.vty termodynamiky

TermodynamikaDj Zmna entropie

T=konst.

TermodynamikaPostult VI 3.termodynamick vtaPlanckova formulace"Entropie ist fze sesklesajc teplotou bl nule."

lze spotat absolutn hodnotu entropie proprvky i sloueniny konenm potem operac nelze schladit ltky na teplotu 0K

TermodynamikaVoln energie (Helmholtzova energie)A

vnitn energii Ujemono rozdlit na volnou energii A,kterousoustava me pemnit na prci aodevzdat dookol anavzanou energii TS,ktera jepi dan teplot Tvzan anevyuiteln

TermodynamikaVoln entalpie (Gibbsova energie)G

entalpii Hjemono rozdlit na volnou entalpii G,kterousoustava me pemnit na prci aodevzdat dookol anavzanou energii TS,kter jepi dan teplot Tvzan anevyuiteln.

TermodynamikaKritrium uskutenitelnosti samovoln probhajcho djeAdiabaticky izolovan soustava dj bude probhat samovoln pokud

Izotermicko-izochorick dj dj bude probhat samovoln pokud

Izotermick-izobarick dj dj bude probhat samovoln pokud

TermochemieChemick termodynamika aplikace zkladnch princip termodynamiky vsoustavch,v

kterch probhaj fyzikln dje (fzov zmny...),fyziklnchemick dje (rozpoutn...)nebo chemick dje(chem.reakce...)

1. Teplo skupenskch fzovch pemn (vparn,subliman,tuhnut,...)

2. Teplo zeovac arozpoutc3. Teplo pi chemickch reakcch (reakn teplo...)

TermochemieTeplo rozpoutc teplo,kter soustava vymn sokolm pi rozpoutn ltky pikonstantnm tlaku ateplot

provtinu ltek tj.penos tepla zokol dosoustavy (teplo sepohlcuje).Nutno dodat energi