Termodynamika materil¯ - umi.fs.cvut.czumi.fs.cvut.cz/wp-content/uploads/2015/10/Termodynamika-materil... 

  • View
    213

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of Termodynamika materil¯ -...

Termodynamika materil

Vztahy a pemny rznch druh energie pi termodynamickch djch podmnky nutn pro uskutenn fzovch pemn

Dleit konstanty

Standartn podmnky

Avogadrovo slo NA = 6,023.1023 [mol-1]

Boltzmanova konstanta k = 1,380.10-23 [J.K-1]

Planckova konstanta h = 6,626. 10-34 [J.s]

Molrn plynov konstanta R= 8,314 [J. mol-1.K-1]

Teplota: T = 298,16 K

Tlak: p = 101 325 Pa 105 Pa

Termodynamick soustava

a) Oteven

b) Uzaven

c) Izolovan

Fzov pravidlo = Gibbsv zkon

2 kfvv poet stup volnosti f poet fz k poet sloek 2 vnj nezvisle promnn veliiny (teplota, tlak)

Termodynamick stav ltky

Rovnovn

neme probhat dn jev (pemna

hmoty, energie)

stav, ke ktermu dje smuj (penos tepla z jednoho tlesa na druh)

Nerovnovn

snaha dostat se do rovnovhy

Termodynamick stav ltky

Stavov veliiny

Zkladn stavov veliiny: T, V, p

Vypoten veliiny energetick veliiny stavu

Extenzivn = zvisej na mnostv ltky (objem, hmotnost)

Intenzivn = nezvis na mnostv ltky (tlak, teplota, hustota)

Termodynamick dj

Izotermick T = konst.

Izochorick V = konst.

Izobarick p = konst.

Adiabatick Q = konst., S = konst.

Samovoln = uskuten se pi vhodnch podmnkch sm

Nucen dj = vyvoln umlm technickm zsahem

Vratn a nevratn prbh fzov

pemny

krystalizace taven

Prvn vta termodynamiky

Zkonem o zachovn energie pro izolovan soustavy

zstv konstantn, me se mnit z jedn formy na druhou

Vnitn energie U = vech vnitnch energi, kter ltka obsahuje

Potenciln energie, energie vnitnch sil a atom

Kinetick energie neuspodanho pohybu molekul (atom) ltky

Energie magnetick a elektrick

Prvn vta termodynamiky

Zmna vnitn energie izolovanho systmu = energii, kter pekrauje jeho

hranice jako teplo nebo jako prce

Jestlie soustav pivedeno teplo vykonala prci

U = extenzivn veliina, [J], energetick stavov veliina

AQU d-dd

Entalpie H

Vtina termodynamickch dj ve fyzice a chemii probh pi atmosferickm tlaku (p=konst., dp=0)

H = extenzivn veliina, [J], energetick stavov veliina, s teplotou

VpQU d-dd

HpVUpVUQp ddddd

Entalpie H

**

Tepeln kapacity kondenzovanch ltek

Podl pivedenho tepla a jm vyvolanho prstku teploty soustavy

pro V=konst. z *

pro p=konst. z **

Cv a CP = extenzivn veliiny, [J.mol-1.K-1],

zvis na T, p nebo T, V na teplot

V

Vv

T

U

T

QC

d

d

p

p

pT

H

T

QC

d

d

Molrn tepeln kapacita Cv = f(T)

Vpotov teorie

Klasick teorie Dulonga a Petita

Pedpoklad: atomy v krystalick pevn ltce kmitaj nezvisle na sob kolem uzlovch bod 3 nezvisl harmonick osciltory =3.k.T

Celkov energie tepelnho pohybu 1mol atom

U=3.NA.k.T=3RT z Cv=3.R=25 [J.mol-1.K-1]

Avogadrovo slo Plynov konstanta

..a z toho plyne?

Boltzmanova konstanta

Molrn tepeln kapacita Cv = f(T)

Experimentln zjitn hodnoty

Molrn tepeln kapacita Cv = f(T)

Vpotov teorie

Einsteinova teorie

Pedpoklad: se nespojit zvyuje s T po kvantech o velikosti h

Planckova konstanta klasick frekvence kmitu

Molrn tepeln kapacita Cv = f(T)

Vpotov teorie

Debyeova teorie

Pedpoklad:pevnou ltku povauje za spojit elastick tleso (interakce kmitajcch atom), zavedena Debyeova charakteristick teplota

.a z toho plyne?

Pb95 K Be1200 K

Molrn tepeln kapacita Cp = f(T)

vztah mezi CV a Cp

Cp> CV Qp T soustavy kon objemovou prci

izobarick souinitel

objemov roztanosti

Izotermick souinitel

stlaitelnosti

Vm molrn objem

T teplota

TVCC mVp

2

pro Cu

Molrn tepeln kapacita Cp = f(T) a

fzov pemny

alotropick pemny

zmna skupenstv

magnetick pemny

Entropie S

mra neuspodanosti elementrnch stic

uplatnn pi vkladu fzovch pemn

extenzivn veliina [J.K-1] pp. [J.K-1.mol-1]

fzov pemny z niho

na vy skupenstv

doprovzeny neuspodanosti

elementrnch stic

T

QS

d

T

dHdS

Druh vta termodynamiky

Celkov entropie = entropie vlastn soustavy + entropie okol

Pro izolovanou soustavu

pi nevratnch pemnch entropie roste

v rovnovnm stavu je maximln

pi vratn, izobarick a izotermick fzov pemn

Ani zmna entalpie, ani zmna entropie neumouje urit, jestli fzov pemna zvila nebo snila svou termodynamickou stabilitu

TT

C

T

HS

pd

dd

Helmholtzova energie F (voln energie)

Gibbsova energie G (voln entalpie)

F=U-T.S (T=konst., V=konst.)

G=H-T.S (T=konst., p=konst.)

vechny symboly se vztahuj k soustav

extenzivn veliiny, [J] ppadn [J.mol-1]

pokud zmna stavu soustavy:

dF=dU-TdS (T=konst., V=konst.)

dG=dH-TdS (T=konst., p=konst.)

Helmholtzova energie F (voln energie)

Gibbsova energie G (voln entalpie)

Kriterium pro samovolnou zmnu:

TdSdU (T=konst., V=konst.)

TdSdH (T=konst., p=konst.)

dF=dU-TdS (T=konst., V=konst.)

dG=dH-TdS (T=konst., p=konst.)

Kriteria udvajc smr samovolnch dj

dFT,V0 (

Termodynamick rovnovha pemn

V prbhu samovoln pemny F, Frovn.=Fmin dFT,V=0 (rovnovha)

V prbhu samovoln pemny G, Grovn.=Gmin dGT,p=0 (rovnovha)

Zapamatujte si:

m je G, tm men je tendence soustavy k jakkoliv zmn, tm je stabilnj

v soustav je termodynamicky nejstabilnj fze, kter m nejni G

GT kles s rostouc teplotou

pi nzkch teplotch bude stabilnj fze s pevnj vazbou a tsnjm uspodnm atom

.a obrcen

Zmna Gibbsovy energie jednoduchho

systmu na teplot a tlaku

Teplotn zvislost voln entalpie pro

ist elezo

Voln entalpie a rovnovn diagramy

binrnch soustav

Podmnka vzjemn msitelnosti atom ltky A a B GR

Voln entalpie a rovnovn diagramy

binrnch soustav

Voln entalpie a rovnovn diagramy

binrnch soustav