noțiuni termodinamice de bază - · pdf fileechilibrul termic. temperatura 7. ... corpurilor....
If you can't read please download the document
TRANSCRIPT
Noiuni termodinamice de baz
Prof. Costin-Ionu Dobrot
COLEGIUL NAIONAL DIMITRIE CANTEMIR ONETI
Septembrie, 2015
http://fizicaliceu.wikispaces.com
Alexandra Balan
Andra Nistor
http://fizicaliceu.wikispaces.com/
CD @2015
1. Sistem termodinamic. Clasificri
2. Parametri de stare
3. Echilibrul termodinamic
4. Procese (transformri) termodinamice.
5. Interaciunea sistemelor termodinamice cu mediul exterior
6. Echilibrul termic. Temperatura
7. Ecuaia termic de stare a gazului ideal
Noiuni termodinamice de baz
CD @2015
Fenomen termic. Termodinamica
Def: Fenomenele termice = fenomenele fizice legate de micarea complet dezordornat care se manifest la
nivel molecular.
Exemple
schimbul de cldur dintre corpului,
variaia proprietilor fizice (, ) la modificarea temperaturii, trecerea dintr-o stare de agregare n alta
Fenomenele termice sunt studiate n cadrul termodinamicii i teoriei cinetico-moleculare
Termodinamica: studiaz fenomenele termice fr s a lua n considerare structura intern, atomo-molecular a
corpurilor. Termodinamica studiaz experimental fenomenele n care intervin corpuri macroscopice (corpuri
formate dintr-un numr foarte mare dar finit de molecule sau atomi).
Teoria cinetico-molecular (T.C.M.): studiaz fenomenele termice pornind de la structura intern a corpurilor.
Orice corp e format din atomi sau molecule, iar micrile acestora se supun legilor mecanicii clasice.
CD @2015
1. Sistem termodinamic. Clasificri
Def: Corp macroscopic: corp format dintr-un numr foarte mare dar finit de molecule sau atomi.
Def: Sistem termodinamic: orice corp macroscopic sau ansamblu bine precizat de corpuri macroscopice.
Exemplu: gaz nchis ntr-un cilindru cu piston mobil
Observaie: Corpurile nconjurtoare care nu fac
parte din sistemul termodinamic se numesc corpuri
exterioare (mediul exterior).
CD @2015
1. Sistem termodinamic. Clasificri
Def: Sistem termodinamic deschis: schimb energie i substan cu mediul exterior.
Def: Sistem termodinamic nchis: schimb energie cu mediul exterior, dar nu schimb substan
cu mediul exterior.
Def: Sistem izolat (ideal): sistem termodinamic care nu interacioneaz i nu schimb substan cu
mediul exterior.
Obs: Cldura (Q) i lucrul mecanic (L) sunt forme ale schimbului de energie ntre sistemul
termodinamic i mediul nconjurtor.
CD @2015
1. Sistem termodinamic. Clasificri
Exemple:
CD @2015
2. Parametri de stare
Def: Parametrii de stare: mrimi
fizice care caracterizeaz proprietile
sistemului termodinamic.
Exemple:
Masa, m
Cantitatea de substan,
Volumul, V
Presiunea, p
Temperatura, T
Densitatea,
Clasificare:
Parametri extensivi / aditivi ( = 1 + 2)
Parametri intensivi (1 = 2 = )
, , , , ,m V p T
CD @2015
2. Parametri de stare
2 2 2, ,p T 1 1 1, ,m V 2 2 2, ,m V
1 1 1, ,p T
Clasificare:
Parametri extensivi / aditivi ( = 1 + 2): m, , V
Parametri intensivi (1 = 2 = ): p, T,
1 2
1 2
1 2
m m m
V V V
1 2
1 2
1 2
p p p
T T T
Parametri extensivi: Parametri intensivi:
Def: Parametrii de stare: mrimi
fizice care caracterizeaz proprietile
sistemului termodinamic.
Exemple:
Masa, m
Cantitatea de substan,
Volumul, V
Presiunea, p
Temperatura, T
Densitatea,
CD @2015
2. Parametri de stare
Clasificri:
Parametri de poziie: V
Parametri de for: p
Parametri independeni: pot lua valori arbitrare
Parametri dependeni: se exprim n funcie de cei
independeni
Def: Parametrii de stare: mrimi
fizice care caracterizeaz proprietile
sistemului termodinamic.
Exemple:
Masa, m
Cantitatea de substan,
Volumul, V
Presiunea, p
Temperatura, T
Densitatea,
CD @2015
3. Echilibrul termodinamic
Def: Starea de echilibru termodinamic: starea unui sistem termodinamic n care parametrii de stare au
valori care nu variaz n timp.
Def: Starea de neechilibru termodinamic: starea unui sistem termodinamic n care parametrii de stare au
valori care variaz n timp.
Starea de echilibru termodinamic se reprezint grafic
printr-un punct n coordonate p V , numite coordonate
Clapeyron.A
p
pA
VA V
CD @2015
4. Procese (transformri) termodinamice
Def: Proces termodinamic (transformare de stare): trecerea unui sistem termodinamic dintr-o stare de
echilibru termodinamic n alt stare de echilibru termodinamic.
Def: Transformarea cvasistatic: transformarea n care parametrii de stare variaz n timp att de lent, nct,
n orice moment, sistemul s poat fi considerat n echilibru termodinamic. Obs: Transformrile cvasistatice se
reprezint prin curbe n coordonate p V.
Def: Transformarea necvasistatic: transformarea n care sistemul termodinamic trece dintr-o stare iniial de
echilibru ntr-o stare final de echilibru fr s treac succesiv prin stri intermediare de echilibru
termodinamic.
Def: Transformarea reversibil: transformarea care poate avea loc n ambele sensuri, sistemul termodinamic
trecnd prin aceleai stri intermediare de echilibru termodinamic.
Def: Transformarea ciclic: transformarea n care starea final a sistemului termodinamic coincide cu starea
iniial.
CD @2015
4. Procese (transformri) termodinamice
Obs:
Procesele necvasistatice sunt ireversibile
Procesele din natur sunt ireversibile
Procesele cvasistatice se reprezint prin curbe n coordonate p V:
1
p
p1
V1 V
2p2
V2
1
p
V
2a
b
Transformare reversibil Transformare ciclic:
1 a 2 b 1
CD @2015
5. Interaciunea sistemelor termodinamice cu mediul exterior
Tipuri de interaciuni
prin contact mecanic: schimb de lucru mecanic (L),
prin contact termic: schimb de cldur (Q),
prin schimb de substan: sisteme deschise (au masa i cantitatea de substan variabile).
Obs:
Sistemele izolate mecanic i menin volumul constant (V = cst.).
Sistemele izolate adiabatic (izolate termic) nu schimb cldur cu mediul exterior (Q = 0).
CD @2015
6. Echilibrul termic. Temperatura
Def: Dou sisteme sunt n contact termic dac sunt izolate de mediul exterior, iar ntre ele este posibil
schimbul de cldur fr a fi posibil schimbul de lucru mecanic.
A B
nveli adiabatic (izolator termic ideal), rigid
Perete rigid, termoconductor
Def: Starea de echilibru termic este starea a dou sau mai multe sisteme aflate n contact termic, ntre
care nu are loc schimb de cldur.
CD @2015
6. Echilibrul termic. Temperatura
Principiul zero al termodinamicii:
ntr-un sistem fizic izolat, format din subsisteme nchise aflate n echilibru termic, exist un parametru de
stare intensiv, numit temperatur empiric, ce are aceeai valoare n toate subsistemele.
Principiul tranzitivitii echilibrului termic:
AB
C
A B
A C
B C
A , B : , C :
B , C A
:
n echilibru termic t tn echilibru termic t t
n echilibru termic t t
EMPIRIC: bazat numai pe experien
CD @2015
6. Echilibrul termic. Temperatura
Def: Termostatul: sistem termodinamic a crui temperatur nu variaz prin contact termic cu alte sisteme.
Def: Termometrul: sistem termodinamic a crui temperatur variaz prin contact termic cu alte sisteme,
fr a influena starea de nclzire a acestora.
Termometrul: msoar temperatura; conine un corp termometric caracterizat printr-o mrime termometric,
dependent de temperatur.
Termometre cu:
lichid (mercur, alcool);
gaz (aer, azot, hidrogen);
rezistor.
Mrimi termometrice:
lungimea coloanei de lichid;
volumul de gaz la presiune constant;
presiunea gazului la volum constant;
rezistena electric.
CD @2015
6. Echilibrul termic. Temperatura
Tipuri de termometre
R tV t
p tl t
CD @2015
6. Echilibrul termic. Temperatura
Scri de temperatur
A stabili o scar de msurat temperatura nseamn a stabili o coresponden ntre
mrimea termometric i temperatura termometrului.
Scara Celsius (scara centigrad)
Temperaturi (stri) de reper:
starea de echilibru a apei pure i gheii care se topete la presiune
atmosferic normal: 0 C
starea de echilibru a apei pure i vaporilor apei care fierbe la
presiune atmosferic normal: 100 C.
Scara Fahrenheit
Temperaturi de reper:
0 C 32 F
100 C 212 F
o o
o
9F C 32
K C 273
5
,15T
t
t
t
CD @2015
6. Echilibrul termic. Temperatura
Scri de temperatur
Scara Kelvin (scara termodinamic) a fost stabilit pe baza principiilor termodinamicii i nu depinde de natura
corpului termometric.
n scara Kelvin: - temperatura absolut / temperatura termodinamic
Temperaturi de reper:
originea scrii Kelvin: zero absolut (practic nu se poate atinge): 0 K;
punctul triplu al apei reprezint temperatura de echilibru a gheii, apei i vaporilor de ap: 273,16 K (0,01 C).
S.I.
K (Kelvin)T
Def: Un Kelvin: a 273,16a parte din temperatura termo