Termodynamika - umlub.pl .25/10/2017 1 Termodynamika Definicje Termodynamika –dzia‚ fizyki zajmuj…cy

  • View
    212

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of Termodynamika - umlub.pl .25/10/2017 1 Termodynamika Definicje Termodynamika...

25/10/2017

1

Termodynamika

Definicje

Termodynamika dzia fizyki zajmujcy si badaniem energetycznych efektw wszelkich przemian fizycznych i chemicznych, ktre wpywaj na zmiany energii wewntrznej analizowanych ukadw.

Termochemia - dzia chemii zajmujcy si badaniem energetycznych efektw wszelkich przemian chemicznych, ktre wpywaj na zmiany energii wewntrznej analizowanych ukadw.

Z greckiego thermo = ciepo

Dzia ten zajmuje si rwnie efektami energetycznymi reakcji chemicznych, przemian z udziaem jonw, przemianami fazowymi, a nawet przemianami jdrowymi i energi elektryczn.

.

Energia ukadu wyraona jest przez jego zdolno do pracy. Ciepo i praca to formy energii ktre mog by wymieniane pomidzy ukadem i jego otoczeniem.

Ukad i otoczenie

ukad

granice otoczenie

ukad

granice

otoczenie

25/10/2017

2

Typy ukadw

1. Otwarty, wymienia ciepo(energi),prac i mas z otoczeniem

2. Zamknity wymienia tylko prac i energi z otoczeniem

3. Izolowany nie wymienianic z otoczeniem

ADIABATYCZNY VS. DIATERMICZNY PROCESRozwaajc przepyw energii naley zdefiniowa 2 terminy stosowane w termodynamice a mianowicie: procesy adiabatyczny i diatermiczny.

Ukad izolowany w ktrym nie ma wymiany (przepywu) energii pomidzy ukadem a otoczeniem jest nazwany ADIABATYCZNYM.

Taki ukad to np. herbata w termosie, ktrego cianki ochroni wntrze (izoluj) przed utrat ciepa.

Ukad otwarty lub zamknity, w ktrym energia moe by wymieniana z otoczeniem jest rwnie nazwany DIATERMICZNYM.

To np. herbata w szklance, ktrej cianki pozwalaj na wymian ciep i ochodzenie herbaty w naczyniu.

Podsumowanie

25/10/2017

3

Pytania sprawdzajce:

1.Ukad zamknity zawiera 2 g lodu. Nastpne 2 g

lodu s dodane do ukadu. Jaka jest kocowa

masa ukadu?

2.Izolowany ukad ma pocztkow temperatur

30oC. Ukad ten umieszczono nad palniku (temp.

ok.1000 oC) i utrzymano w tej pozycji przez 1

godzin. Jaka jest kocowa temperatura ukadu?

Faza, rodzaje, parametry stanu Faza jest to cz ukadu speniajca nastpujce wymagania:

Waciwoci kadego elementu objtoci w obrbie fazy s jednakowe

Istnieje granica dzielca fazy ukadu, na ktrej wystpuje skokowa

zmiana waciwoci.

Rodzaje faz:

gazowa,

cieka,

staa;

jednoskadnikowa,

wieloskadnikowa.

Z termodynamicznego punktu widzenia stan ukadu jest zdefiniowany przez zbir warunkw ktre dokadnie i jednoznacznie okrelaj wszystkie waciwoci ukadu. Nale do nich: temperatura (T)cinienie (p)skad (jakociowy i ilociowy t. j. liczb moli kadego ze skadnikw ukadu

(n) i stenie skadnikw w ukadzie (c))stan fizyczny (gaz, ciecz, ciao stae) kadego ze skadnikw ukadu liczba

faz (f)objto (V)Te wielkoci nazywane s parametrami stanu. Zbir parametrw stanu okrelaj pewne funkcje zwane funkcjami stanu.

Zmiana ciepa przez ukad jest wynikiem porwnania pomiaru pocztkowego i kocowego, a nie szybkoci tej zmiany.

Wszystkie rodzaje wasnoci zalene tylko od stanu ukadu a nie od sposobu doprowadzenia ukadu do tego stanu s nazywane funkcjami stanu.

Zmiany w funkcjach stanu pomidzy dwoma stanami ukadu nie s zalene od sposobu zmiany lecz od pocztkowych i kocowych warunkw.

25/10/2017

4

Ld (ciao stae) Woda (ciecz)

Rne stany fizyczne wody i ich waciwoci

Para wodna (gaz)

Prawo zachowania masy i energii Wiele eksperymentw wykazao, e wszelka energia czy masa zaangaowana w jakkolwiek reakcj chemiczn czy przemian fizyczn pojawia si w jakiej formie po reakcji lub przemianie.Np. chemicznie

Mg + Cl2 MgCl2Masa substratw: Mg = 24 g/mol; 2Cl = 2x 35.5 g/mol; cao = 95 g/molMasa produktw MgCl2 = 95 g/molFizyczne;

E = mc2

Prawo zachowania masy po przeksztaceniu EinsteinaPodczas przemian zachodzcych w ukadach zamknitych (takich, ktre nie wymieniaj z otoczeniem ani masy, ani energii) suma mas i masowych rwnowanikw wszystkich form energii jest staa.Mona to te przedstawi nastpujco:Energia nie moe by stworzona lub zniszczona podczas reakcji chemicznej lub przemiany fizycznej. Jedna forma energii jest przeksztacana w drug.

25/10/2017

5

Energia, ciepoEnergia (U) jest wielkoci fizyczn przedstawiajc zdolno ukadu (obiektu) do wykonania pracy lub wymiany ciepa. Sum wszystkich rodzajw energii czsteczek w ukadzie nazywa si energi wewntrzn. Czyli e.w. jest sum: energii potencjalnej i kinetycznej makroskopowych czci ukadu, energii kinetycznej czsteczek, energii potencjalnej oddziaywa midzyczsteczkowych i wewntrz-czsteczkowych. Energia wewntrzna jest funkcj stanu.

Jednostka J.

Ciepo (Q) jest form energii przekazywan z jednego ukadu do drugiego. Ukad pierwszy charakteryzuje wysza temperatura natomiast drugi nisza. Ciepo zawsze przepywa z ukadu o wyszej temperaturze do ukadu o niszej temperaturze nigdy odwrotnie. Jednostka J.

Praca (W) - rwna jest energii jak ukad termodynamiczny wymienia z otoczeniem przy zmianie swoich parametrw makroskopowych (objto, pooenie, natenie pola, itp. ). Prac jest np. dziaanie ukadu wywoujce w otoczeniu przesunicie toka, przepyw prdu elektrycznego. W termodynamice chemicznej praca najczciej jest zwizana ze zmian objtoci ukadu w wyniku dziaania zewntrznego cinienia lub dziaajca w kierunku przeciwnym do kierunku dziaania cinienia. Jednostk pracy jest J.

W = F . DF- sia [N]D- przesunicie [m]Praca objtociowa W = p . V

25/10/2017

6

ENERGIA WEWNTRZNA.

T temperatura (w kelwinach),S entropia,

p cinienie,V objto,

i potencja chemiczny i-tego skadnika,Ni liczba czsteczek i-tego skadnika.

GAZ DOSKONAYn liczba moli gazu,

CV ciepo molowe przy staej objtoci,

T zmiana temperatury gazu

U = + =1

Energi wewntrzn ukadu mona zmieni poprzez wykonanie na nim pracy lub przez

jego ogrzanie.

Po wykonaniu tych czynnoci na ukadzie energia ukadu zostaje zmagazynowana w

postaci dodatkowej energii kinetycznej i potencjalnej czsteczek (np. w gazie zwiksza

si ich szybko poruszania).

W podobny sposb w przypadku utraty energii przez ukad np. poprzez jego ozibienie

czstki ukadu zmniejszaj swoj energi kinetyczn i potencjaln (np. w gazie

poruszaj si wolniej).

Z powodu zbytniego skomplikowania cakowita energia wewntrzna ukadu jest trudna

do zmierzenia. Natomiast mona mierzy jej zmiany (U) poprzez okrelenie energii

dostarczonej do ukadu lub utraconej przez niego na sposb ciepa lub pracy.

Wglowodory takie jak metan gwny skadnik gazu ziemnego i oktan skadnik benzyny ulegaj spaleniu przy dostpie nadmiaru tlenu do CO2 i H2O.

CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O + Q

Ta reakcje uwalnia energi w postaci ciepa, Q.

Zmagazynowana energia chemiczna moe by uwolniona przez zwizek chemiczny podczas zmian chemicznych takich jak spalanie lub metabolizm.Reakcje w ktrych energia jest uwalniana na sposb ciepa nazywane s egzotermicznymi.

Ilo ciepa przedstawiona na tym wykresie jest zwizana z reakcj chemiczn i iloci moli substratw i produktw okrelon poprzez wspczynniki reakcji.

25/10/2017

7

Reakcje endotermiczne

Proces w ktrym dochodzi do absorbowania energii z otoczenia nazywa si endotermicznym.Dla tego typu reakcji kocowy poziom energii jest wyszy od poziomu pocztkowego.

Fig. Przykad endotermicznej reakcji.

Reakcja pomidzy staym Ba(OH)2 8H2O i nadmiarem staego NH4NO3

Proces rozpuszczania jest procesem tak endotermicznym i obnia znacznie temperatur. Gdy wic umiecimy kolb z mieszanin reagentw na mokrym kawaku drewna, woda zamarza i przytwierdza kolbk do drewna.

Egzotermiczny proces Endotermiczny proces

Zamarzanie wody Topnienie wody

Fermentacja z wykorzystaniem kwasu mlekowego (kiszenie ogrkw, kapusty, kwaszenie mleka, mietany)

Konwersja lodu w par wodn

Fermentacja octowa Parowanie wody

Grillowanie (spalanie wgla w tlenie) Rozpuszczanie cukru w szklance z gorc wod

Mieszanie siarczku sodu z wybielaczem Pieczenie (chleba, ciast)

Rdzewienie stali Gotowanie (jajka, smaenie kotletw)

Mieszanie wody z mocnym kwasem Mieszanie wody z azotanem amonu

Spalanie benzyny w silniku samochodowym Otrzymywanie metanolu z wody i CO2

Przepukiwanie rur udraniaczem (Kret) Prostowanie wosw

Trwaa ondulacja z wykorzystaniem reakcji redukcji (proces z tioglikolanem amonu, a pniej nadtlenek wodoru i lanolina)

Kwasowa trwaa ondulacja wymagajca podgrzania wosw lub te te wykorzystujce siarczek amonu czy wodorosiarczek amonu

Technologia self heating aplikacji kosmetykw

Test:

1. U organizmw samoywnych przemiany biochemiczne s:a) zawsze endoenergetyczneb) egzo- i endoenergetycznec) zawsze obojtne energetycznie.d) zawsze egzoenergetyczne

2. Spalanie cukru w organizmie jest:a) Reakcj egzoenergetyczneb) Reakcj obojtn energetyczniec) Reakcj endoenergetycznd) Brak prawidowej odpowiedzi.

25/10/2017

8

Zerowa zasada termodynamiki Jeli ukady A i B mogce ze sob wymienia ciepo s ze sob w rwnowadze termodynamicznej, i to samo jest prawd dla ukadw B i C, to ukady A i C rwnie s ze sob w rwnowadze termodynamicznej. Przez rwnowag termodynamiczn rozumiemy stan, ktry w danych warunkach ukad osiga i ju go w tych warunkach nie zmienia.

Zerowa zasada termodynamiki stwierdza take, e ciao w rwnowadze

termodynamicznej ma wszdzie t sam temperatur.

Temperatura - jedna z podstawowych w termodynamice wielkoci fizycznych (parametrw stanu), bdca miar stopnia nagrzania c