Scurt istoric al Termodinamicii Termodinamica are la baza lucrrile lui Sadi Carnot, care n 1824 a introdus conceptele de ciclul al mainii termice i principiul reversibilitii, ambele avnd o importana capital la dezvoltarea acestei ramuri a tiinei Contribuia lui Carnot privete limitarea cantitii maxime de lucrul ce poate fi obinut de la o main cu vapori care folosete cldura transferat de la o surs de nalt temperatur. Aceasta reprezint prima abordare a principiului II al termodinamicii. Nicolas Lonard Sadi Carnot, (1796 - 1832), inginer militar francez. Structura cursului: 1.Introducere. Miscarea termica. Fenomen termic. Energia; 2.Termodinamica-stiinta despre energie; 3.Obiectul de studiu al termodinamicii; 4.Sistemul termodinamic; 5.Parametrii termodinamici si functii de stare; 6.Starea termodinamica a unui sistem termodinamic; 7.Transformarea termodinamica de stare; 8.Ecuatia de stare a unui sistem termodinamic; 9.Particularizarea ecuatiei termice de stare pentru gaze perfecte; 10. Postulatele termodinamicii. Mai trziu aceste idei au fost dezvoltate de Rudolf Clausius, care a introdus n 1850, n principiul II al termodinamicii noiunea de entropie. Ulterior principiul II statueaz c fiecare proces care are loc n natur este ireversibil i unidirecional, ceea ce conduce la creterea global de entropie. Rudolf Emanuel Clausius (1822 - 1888), fizician i matematician german. James Joule enun n 1840 primul principiu al termodinamicii. Aceste principii constituie baza termodinamicii clasice. Principiile termodinamicii studiaz evoluia macroscopic a sistemelor i starea lor de echilibru. James Prescott Joule (1818 - 1889) fizician englez. La nceputul secolului XX se dezvolt conceptul de ireversibilitate i neechilibru n termodinamic. Pionieratul n domeniu aparine lui Lars Onsager. Termodinamica la neechilibru studiaz comportarea sistemelor care nu sunt n stare de echilibru, fiind mai aproape sau mai departe de aceasta. Lars Onsager (1903 1976 (fizician i chimist norvegiano-american. ) Metoda statistica (microscopic) o completeaz metoda fenomenologic prin luarea n considerare a structurii moleculare a corpurilor, ine seama de mecanismul proceselor ce se desfoar la nivel molecular. Astfel, corpurile se consider ca fiind formate dintr-un numr foarte mare de particule elementare aflate n interaciune datorit strii lor de mobilitate. Contribuii fundamentale la dezvoltarea termodinamicii statistice se datoreaz lui Ludwig Boltzmann. Ludwig Boltzmann (1844 - 1906), fizician i filozof al tiinelor austriac. 1.INTRODUCERE Miscarea mecanica Mecanica studiaz micarea corpurilor innd seama rareori de structura lor intern. Pentru studiul micrii corpurilor i a interaciunilor mecanice dintre corpuri sunt necesare i suficiente trei mrimi fizice fundamentale: -lungimea (l),

-masa (m) i -timpul (t). Toate celelalte mrimi fizice importante n mecanic pot fi exprimate prin aceste trei mrimi fundamentale. Miscare termica(agitatia termica) ns, pe lng micarea corpurilor ca un tot, exist i micarea intern a acestora. Micarea permanent i dezordonat a particulelor (atomi, molecule, ioni) din interiorul corpurilor este denumit micare termic sau agitaie termic. Menionm c agitaia termic nu este produs de vreo cauz exterioar, ci este o proprietate caracteristic moleculelor. Fenomen termic Existena acestei micri se manifest n majoritatea fenomenelor fizice. Deci, chiar simpla deplasare a unui corp ntr-un mediu dat nu este un fenomen pur mecanic, ea fiind nsoit i de fenomene termice. Prin fenomen termic se nelege, n general, orice fenomen fizic legat de micarea complet dezordonat care se manifest la nivelul moleculelor. Exemple de fenomene termice: variaia proprietilor fizice ale substanei la nclzirea sau la rcirea ei; schimbul de cldur ntre corpurile nclzite diferit; transformarea cldurii (obinut prin arderea combustibililor) n lucru mecanic i invers, a lucrului mecanic n cldur; - trecerea unui corp dintr-o stare de agregare n alta. Fenomenele termice implic aspecte care sunt total nemecanice i care cer pentru descrierea lor o alt mrime fundamental numit temperatur. Cu studiul micrii termice a materiei i a legturii dintre micarea termic i celelalte forme de micare se ocup termodinamica. Micarea termic, care difer de celelalte forme de micare (mecanic, electromagnetic, a particulelor elementare), nu poate fi redus la o simpl micare mecanic a particulelor care formeaz corpul. Micarea termic apare ntr-un corp numai n condiiile n care corpul este format dintr-un numr foarte mare de particule, dar finit. Nu putem vorbi despre micare termic n cazul: micrii unui singur electron, sau n cazul unui gaz format dintr-un numr redus de particule. Deci, micarea termic este o micare colectiv. Energia i transformrile ei.

Termodinamica se ocup cu energia i transformrile ei. Termenul de energie (lb. greac : energia, energeia), care definete capacitatea unui sistem de a efectua aciuni, a fost introdus la nceputul secolului al XVII n studiul mecanicii . La modul general, energia poate fi definit ca o mrime ce caracterizeaz aptitudinile unui sistem de a produce efecte exterioare. (Max Planck). Formele de energie n funcie de etapele de conversie i utilizare, energia are urmtoarele forme: -energie primar, care poate fi finit sau renoibil (regenerabil). Este energia recuperat din natur; -energie secundar, care este definit ca forma de energie obinut din conversia energiei primare i care poate fi folosit ntr-o gam larg de aplicaii (ex. energia electric, benzina, mangalul, crbunele sortat i de calitate superioar, lemnul de foc tiat i spart); 2 -energia final, adic energia obinut prin conversia energiei secundare ntr-un motor, cazan, sob, calculator, bec de iluminat; -energie util, energia obinut prin conversia energiei finale. Este energia efectiv nmagazinat ntr-un produs sau utilizat pentru un serviciu. Sursele de energie primar pot fi grupate astfel: surse convenionale/clasice (care s-au impus prin folosire ndelungat #combustibili fosili, #deeuri combustibile; surse neconvenionale (care nu au o folosire ndelungat) #energia nuclear/uraniu, #energie primar regenerabil: - energia solar, -energia geotermica, #energia dat de micarea planetelor. Sursele regenerabile de energie sunt sursele care se regenereaz constant pe msur ce sunt consumate i sunt mai puin poluante. Principalele forme de energie i posibilitile lor de transformare 2.Termodinamica-stiina despre energie Termodinamica reprezint acea parte a fizicii macroscopice care se ocup cu studiul relaiilor dintre fenomenele termice i cele netermice (mecanice, elecromagnetice, etc.), fenomene care intervin n caracterizarea strilor sistemelor fizico-chimice i a transformrilor lor . (Lexiconul tehnic romn). n terminologia curent, prin termodinamic se nelege tiina despre energie n sensul cel mai larg al cuvntului. ncadrndu-se n grupul tiinelor energetice, termodinamica studiaz strile de echilibru energetic ale sistemelor fizice, compuse din corpuri sau ansambluri de corpuri i urmrete procesele care conduc la stabilirea acestor stri, condiiile de echilibru i proprietile pe care le au sistemele aflate n echilibru. Termodinamica-tiina despre energie

Termodinamica, n calitate de teorie i metod de cercetare a proceselor ce se realizeaz cu schimburi energetice, se detaeaz din ansamblul disciplinelor care formeaz bazele energeticii moderne. Fr exagerare, se poate defini c reprezint tiina despre energie. Aplicaiile tehnice reprezint o parte deosebit de important a termodinamicii i se numete termodinamic tehnic sau termotehnic. Principalele probleme abordate se refer la producerea, transmiterea i utilizarea cldurii. Studiul se face n baza unor principii i postulate, adic a unor legi generale ale naturii care nu pot fi demonstrate matematic, ci doar verificate experiemntal. (Theil) Termodinamica clasic n termodinamica clasic se studiaz: - strile de echilibru (cvasi - echilibru) energetic, precum i - trsturile generale ale proceselor care conduc la stabilirea echilibrului. (Vladea). Termodinamica Stiinta care studiaza transformarile reciproce ale diverselor forme de energie, in sisteme naturale sau artificiale Din punct de vedere al domeniului de utilizare, termodinamica se mparte n trei mari capitole: -termodinamica tehnic (termotehnic) -termodinamica chimic i -termodinamica fizic. Termotehnica se ocup cu studiul proceselor ce se desfoar n mainile i n instalaiile termice, procese n care transferul de energie ntre corpuri se face sub form de cldur i lucru mecanic. Termodinamica tehnic, sau termotehnica, constituie aplicarea tehnic a legilor generale ale termodinamicii la studiul proceselor care se desfoar n mainile i instalaiile termice. Mai precis, termotehnica se ocup cu producerea, transportul, transformarea i utilizarea cldurii n tehnic. Dup metodele de studiu folosite, termodinamica poate fi: -termodinamic fenomenologic i -termodinamic statistic. Termodinamica fenomenologic, - macroscopic - studiaz proprietile de ansamblu ale sistemelor fizice macroscopice, formate dintr-un numr finit de corpuri, prin analiza proceselor observabile, fr s analizeze cauzele profunde ale acestora. Termodinamica fenomenologic se bazeaz pe principii certe , confirmate de verificarea permanent a consecinelor acestora i de experiena macroscopic direct. Termodinamic statistic microscopic completeaz termodinamica fenomenologic prin luarea n considerare a structurii moleculare a corpurilor, prin care se caut s se explice fenomenele fizice observate la nivel macroscopic. n acest caz corpurile sunt considerate ca fiind formate dintr-un numr foarte mare de particule elementare, caracterizate printr-o mobilitate continu i aflate n interaciune reciproc. Ca urmare, studiul comportrii simultane a acestui numr foarte mare de particule, care duc la modificarea strii corpurilor, se poate face numai cu ajutorul: - calculului probabilitilor i a

- metodelor statistice. Pe cnd termodinamica fenomenologic a stabilit macroscopic, experimental i formal relaiile dintre mrimile de stare, termodinamica statistic a fundamentat microscopic aceste relaii, artnd c fenomenele termice corespund microscopic unor fenomene mecanice, electromagnetice, etc. S-a permis astfel i fundamentarea teoretico-fizic a principiului al treilea, care are o baz experimental mai restrns, fiind legat de temperaturi foarte sczute. 3.Obiectul de studiu al termodinamicii Obiectul de studiu al termodinamicii si al fizicii statistice este acelasi, si anume: * studiul formei termice a miscarii materiei. Cele doua stiinte studiaza in principal: legile miscarii termice pentru sistemele aflate in stare de echilibru termic , precum si legile ce caracterizeaza trecerea sistemelor dintr-o stare de echilibru in alta stare de echilibru. Deci, si termodinamica si fizica statistica au acelasi obiect de studiu diferenta constand in metodele de studiu. Observaie Termodinamica tehnic are ca obiect de studiu sisteme termodinamice macroscopice, caracterizate prin dimensiuni finite,dar: mult mai mari n comparaie cu microstructura materiei i n acelai timp, mult mai mici dect structurile infinite ale universului. 4. Sistemul termodinamic Un concept fundamental l constituie acela de sistem. Termenul provine din grecescul sistema care nseamn ansamblu, reuniune, punere mpreun a mai multor obiecte. Pentru noiunea utilizat n tehnica, putem defini sistemul ca un ansamblu de elemente interconectate dinamic, capabil de a se individualiza de mediul ambiant prin realizarea unei funcii sau a unui grup de funcii. De exemplu: Funcia unei conducte este de a permite transportul fluidelor sub aciunea unui gradient de presiune sau a cmpului gravitaional. Aceast funcie se realizeaz indiferent de materialul din care este alctuit conducta i de natura fluidului care curge prin ea. n plus, fa de un canal, la o conduct apare i funcia de containerizare a fluidului. Rezult deci, i o protecie a mediului ambiant n cazul fluidelor toxice, poluante chimic, termic sau radioactiv. Sistemul termodinamic Fig.1 Sistem termodinamic Exemple: a) Aerul dintr-o ncpere

Aerul dintr-o ncpere reprezint un sistem termodinamic, delimitat de granie reale i anume de elementele de construcie ale cldirii (perei, tavan, pardoseal, etc.). Aerul din ncpere se afl, n anumite condiii, n interaciune cu sisteme termodinamice vecine reprezentate prin ncperi vecine sau prin aerul atmosferic exterior cldirii. n cazul n care ne referim la sezonul rece, ntre sistemul termodinamic considerat i aerul atmosferic exterior, aflat la temperaturi coborte, are loc o interaciune de tip transfer de energie sub form de cldur. b) Un fluid n curgere printr-o conduct b) Un fluid n curgere printr-o conduct reprezint un sistem termodinamic n care : -pereii conductei poart rolul de granie reale, iar - cele dou seciuni transversale, care delimiteaz elementul de fluid luat n considerare poart rolul de granie imaginare. ntre acest sistem termodinamic i mediul exterior se poate stabili, n afara interaciunii de tipul transferului de substan i o interaciune de tipul transferului de cldur Figura . 2 Fluidul (apa, de exemplu) care curge printr-o conduct aflat n contact cu aerul atmosferic 2 Graniele acestui ST sunt reprezentate de pereii conductei (granie reale, aflate n repaus) i de 2 seciuni transversale care delimiteaz calupul de fluid. Spre deosebire de pereii conductei, acestea din urm sunt granie imaginare, aflate n repaus. Mediul exterior este constituit, n acest caz, din aerul exterior, pe de o parte i din fluidul aflat n conduct, dar n exteriorul calupului considerat, pe de alt parte. 3 Posibile interaciuni ntre ST i ME: 1-schimb de energie sub form de cldur (altfel spus transfer de cldur), n cazul n care temperatura fluidului din conduct (ST) este difert de cea a aerului exterior (ME); 2-schimb de entalpie (energie intern i energie de dislocare); 3-schimb de energie cinetic / potenial. 4 Intruct prin conduct, fluidul se afl n micare, este evident c graniele imaginare ale ST sunt intersectate de curentul de fluid. Are loc, aadar, o interaciune de tip schimb de mas, pentru c ST primete, prin seciunea transversal 1, mas din ME i cedeaz, prin seciunea transversal 2, mas, mediului exterior. Observaie: Este de notat faptul c, n acest caz, prin cele dou seciuni transversale, 1 i 2 trece acelai debit masic de fluid, . Transferul de mas ntre ST i ME nu modific aadar debitul masic original al ST c) Figura 3 . Fluid aflat n interiorul unui recipient 2 c) Fluidul aflat n interiorul unui recipient (Figura 2). Graniele acestui ST sunt reprezentate de pereii recipientului (granie reale, aflate n repaus). Mediul exterior este constituit i n acest caz din aerul exterior, admind c acest recipient este poziionat n interiorul, sau n exteriorul unei incinte. 3 Posibile interaciuni ntre ST i ME: 1-schimb de energie sub form de cldur (altfel spus transfer de cldur), n cazul n care temperatura fluidului din recipient (ST) este mai cobort, sau mai ridicat, n raport cu cea a aerului exterior (ME). 4 2-Admind c graniele acestui ST sunt etane n raport cu ME, respectiv ventilele de legtur ale recipientului cu ME sunt nchise, atunci nu exist interaciune de tip schimb de mas, ceea ce nseamn c masa ST rmne constant.

Fig.3 ST: a) Un cilindru n care evolueaz un gaz. b) O poriune dintr-o conduct Figura 3 a) reprezint un cilindru n care evolueaz un gaz: La partea inferioar cilindrul este nchis de un perete mobil denumit piston. Pentru uurina analizei se definete un volum de control, reprezentat punctat n figur, ce delimiteaz zona de interes de restul obiectelor. Tot ce rmne n afara volumului de control reprezint mediul exterior. Limita volumului de control, desenat printr-o linie punctat definete grania sistemului, ea poate avea un suport fizic (de exemplu un perete) sau poate fi fictiv. Pentru descrierea matematic a sistemului, grania reprezint locul unde se definesc condiiile la limit. Astfel, pentru cilindrul din figura 1: a) gazul nu poate iei sau intra in cilindru, deci grania sistemului (care n acest caz este reprezentat fizic de pereii cilindrului i capul pistonului) nu permite schimbul de substan cu mediul exterior; n acest caz sistemul se numete sistem nchis; b) Grania sistemului permite, ns, schimburile energetice cu mediul exterior, sub form de cldur i / sau lucru mecanic. n figura 3 b): - volumul de control definete un sistem termodinamic format de o poriune dintr-o conduct. Observm c volumul de control are, n acest caz, i granie fictive, definite pe seciunea conductei. Prin aceste granie fictive circul un fluid, iar sistemul n care este permis schimbul de substan cu mediul exterior se numete sistem deschis. Dac grania sistemului nu permite schimbul de cldur cu mediul exterior, denumim sistemul ca un sistem adiabat. Numim sistem termodinamic un sistem fizico-chimic n care se delimiteaz un spaiu sau o cantitate de materie pentru a studia: proprietile termice sau condiiile de echilibru energetic. Delimitarea sistemului se face prin suprafee de control (reale sau imaginare). Ansamblul corpurilor nconjurtoare rmase n afara sistemului se numete mediu ambiant. Tipuri de sisteme termodinamice: Dup proprietile granielor sistemului se disting tipurile de sisteme: - sistem nchis (izolat i neizolat); - sistem deschis. Un sistem se numete nchis dac nu are schimb de substan cu M.E. (deci conine ntotdeauna aceeai cantitate de materie). Un exemplu de sistem termodinamic nchis l constituie un volum de gaz aflat ntr-un cilindru n care se deplaseaz etan i fr frecare un piston. Prin sistem izolat se nelege un sistem termodinamic cruia i este interzis schimbul de energie cu M.E. (ex: nu este posibil efectuarea de lucru mecanic prin deplasarea pistonului, iar pereii cilindrului nu permit schimbul de cldur gaz - M.E.). Un sistem este izolat adiabatic dac ntre acesta i M.E. se realizeaz numai schimb de energie sub form de lucru mecanic, dar schimbul de

cldur nu este permis. Figura 4. Sistem nchis. Gaz nchis ntr-un cilindru prevzutcu piston etan i fr frecare Sistemul din figur este nchis dar neizolat, deoarece, prin deplasarea pistonului are loc un schimb energetic (lucru mecanic). Figura 5 Boiler n care apa cald nclzete un curent de ap rece Exemplu de sistem deschis: Un sistem se cheam deschis dac acesta schimb cu M.E. i energie i substan. Sistem termodinamic deschis Exemple de ST deschise: 1. Gazul aflat n interiorul unui cilindru, prevzut cu un racord prin care ptrunde gaz din ME i cu un racord prin care iese gaz spre ME; n acest cilindru se deplaseaz, etan i fr frecare, un piston (Figura 6). Figura 6. Sistem termodinamic deschis (cilindrul unei maini cu piston) 3 Graniele acestui ST sunt: pereii cilindrului (reale i imobile), pistonul (grani real i mobil), supapele de admisie i refulare gaz (granie reale i mobile). Am descris astfel cilindrul unei maini cu piston, n micare rectilinie alternativ, ca de exemplu: cilindrul unui compresor frigorific, sau cilindrul unui motor cu aprindere prin scnteie, sau cu aprindere prin comprimare. Pentru ST astfel definit n graniele sale, mediul exterior este constituit: pe de o parte, din aerul exterior - admind c acest cilindru este poziionat n interiorul sau n exteriorul unei incinte i din fluidul din exteriorul supapelor de admisie i refulare, pe de alt parte. 4 -ntre ST i ME au loc interaciuni de tip schimb de energie, : - att sub form de cldur, - ct i de lucru mecanic, primele pentru c temperatura gazului din cilindru este diferit de temperatura mediului ambiant i cele din urm, pentru c pistonul se deplaseaz n interiorul cilindrului. 5 n plus, ntre ST i ME exist i interaciuni de tip schimb de mas: pe parcursul cursei de aspiraie, gazul din cilindru primete mas din ME prin conducta de admisie, ca urmare a deschiderii supapei de admisie, SA; pe parcursul cursei de refulare, gazul din cilindru cedeaz mas spre ME prin conducta de refulare, ca urmare a deschiderii supapei de refulare, SR. Rezult c fluxul de mas (substan) intersecteaz graniele acestui ST, ceea ce nseamn c el se comport ca un ST deschis, a crui mas este variabil n timp. Fig.7 ST inchis si ST deschis

a) ST nchis

b) ST deschis

Sistem termodinamic nchis - sistemul care conine tot timpul aceeai cantitate de substan (Fig.7a), deci sistemul a crei suprafa de separaie fa de mediul ambiant este impermeabil la schimbul de substan (gaz nchis ntr-un cilindru cu piston). Sistem termodinamic deschis - sistemul la care suprafaa de separaie este permeabil la schimbul de substan (Fig.7b), adic sistemul schimb substan cu mediul exterior (abur care are o trecere continu prin turbin). 2. ST deschis: Schimbtor de cldur n care are loc un transfer de cldur de la gaze calde, la ap (Figura 8). 2 Graniele acestui ST au fost plasate n afara schimbtorului de cldur. Se observ c aceste granie sunt intersectate de flux de mas (substan) din i spre ME, ceea ce face ca acest ST s fie unul deschis. 3.ST deschis: Aburul supranclzit, care se destinde ntr-o turbin cu abur (Figura 9). Ca urmare a procesului de destindere: - ntre aburul din turbin i mediul exterior are loc, att un transfer de lucru mecanic, , ct i un transfer de cldur, n acelai timp, grania sistemului termodinamic, reprezentat de aburul din turbin, permite transferul de mas, altfel spus, schimbul de substan cu mediul exterior. Este evident faptul c turbina este parcurs de un debit de fluid, care vine din mediul exterior i care, dup trecerea prin turbin, este transferat mediului exterior. Figura 10. Sistem termodinamic izolat: Un gaz aflat ntr-o incint inchis i izolat termic SISTEM TERMODINAMIC IZOLAT : este caracterizat prin lipsa oricrei interaciuni cu mediul exterior (nu exist schimb de energie sau de mas cu mediul exterior). Exemplu: Un gaz aflat ntr-o incint inchis i izolat termic (fig. 10). Graniele acestui sistem termodinamic (gaz), reprezentate de pereii incintei, sunt perfect izolate, pentru a mpiedica transferul de energie sub form de cldur ntre gaz i mediul exterior. n acelai timp, pereii incintei sunt impenetrabili pentru materie, deci nu are loc transfer de mas ntre sistemul termodinamic i mediul exterior. Sistem adiabatic Un sistem se numete adiabatic atunci cnd schimbul energetic sub form de cldur cu alt sistem sau cu M.E., prin suprafaa sa delimitatoare este imposibil. Un spaiu complet izolat termic se numete incint adiabatic. Dac suprafaa de control permite schimbul de cldur, aceasta se numete diaterman (sau diatermic). Exemple de ST adiabatice: 1. Gazul aflat n interiorul unui cilindru izolat termic, n interiorul cruia se deplaseaz, etan fr frecare, un piston. (Figura 11). Ca urmare a deplasrii pistonului ntr-un sens sau n cellalt, gazul aflat n cilindru schimb cu mediul exterior energie sub form de lucru mecanic. ntruct pereii cilindrului care reprezint graniele sistemului termodinamic - sunt izolai termic, transferul de energie sub form de cldur ntre gaz i mediul exterior este mpiedicat. Figura 11. Sistem termodinamic adiabatic nchis 3 Etaneitatea pistonului n raport cu pereii cilindrului, ca i impermeabilitatea lor la transferul de substan sunt tot attea motive pentru care, ntre gaz i mediul exterior nu este posibil un transfer de mas. Sistem termodinamic adiabatic nchis: Gazul aflat ntr-un recipient izolat termic, n care se afl o rezisten electric (Figura 12).

Acesta este de asemenea un ST adiabatic nchis. , ale crui granie, reprezentate punctat, sunt pereii incintei. La nchiderea circuitului electric, rezistena este parcurs de curentul electric cu intensitatea I i, ca urmare, prin efect Joule Lenz, n incint se degaj cldur. ST sufer un proces de nclzire izocor (la volum constant). Figura 12. Sistem termodinamic adiabatic nchis 3 De remarcat este faptul c aceast nclzire a avut loc fr schimb de cldur cu ME, ntruct incinta este izolat termic. ST a primit din ME lucru mecanic electric, i.e. energie electric, transformabil, prin efect Joule Lenz, n cldur. . Sistem termodinamic adiabatic deschis :Curentul de fluid (lichid sau gaz) care se deplaseaz ntr-o conduct izolat termic i prevzut, ntr-o anumit seciune de trecere, cu o diafragm (dispozitiv de reducere a presiunii curentului de fluid). La trecerea sa prin diafragm, fluidul sufer un proces de laminare; pentru c aceast conduct este izolat termic n raport cu ME, laminarea fluidului este una adiabatic. Figura 13. Sistem termodinamic adiabatic deschis n figura 14 sunt prezentate sintetic categoriile de sisteme termodinamice funcie de schimburile de substan sau energie ce pot avea loc prin graniele sistemului. Problema fundamental a termodinamicii Problema fundamental a termodinamicii o constituie transformarea cldurii n lucru mecanic. Lucrul mecanic este o form de energie ce apare i exist att timp ct se produce o deplasare a unei mase. Pentru ca un sistem termodinamic s poat produce lucru mecanic, trebuie ca grania acestuia s se deformeze. n interiorul graniei sistemului termodinamic trebuie s existe un cop care s poat s se deformeze semnificativ odat cu grania sistemului, meninndu-i continuitatea. Acest lucru este posibil dac n interiorul sistemelor termodinamice evolueaz gaze sau vapori. De retinut: Sistemul termodinamic (ST): reprezint de o parte a lumii materiale, delimitat de granite reale, sau imaginare, aflate n repaus, sau n miscare. Mediul exterior (ME): reprezint vecintatea, proximitatea ST considerat, respectiv zona din afara, din exteriorul granielor lui. ME poate fi constituit dintr-un sistem termodinamic adiacent, sau mai ndeprtat. ntre ST i ME pot s aib loc interaciuni, care nu sunt altceva dect schimburi de energie i de mas. Not: prin schimb de energie se nelege fie cedare de energie, fie primire de energie din partea ST, sau a ME. 5.PARAMETRII TERMODINAMICI I FUNCII DE STARE Definiie Parametrii termodinamici de stare sunt mrimi macroscopice, care descriu starea de echilibru termodinamic a sistemului. Pentru fiecare stare de echilibru termodinamic, fiecare parametru termodinamic are o valoare anumit, bine definit, constanta in timp. 2 Parametrii de stare se mpart n dou categorii: 1-Parametri termici de stare, care sunt direct msurabili, i anume: *presiunea, [N/m2],

*temperatura, [K], *volumul, [m3], * densitatea, [kg/m3] sistemului termodinamic considerat; 2-Parametri calorici de stare, care nu sunt direct msurabili, ci se determin prin calcul, pe baza valorilor msurate ale mrimilor termice; dintre ei mentionm: * energia intern, notat U, [J], *entalpia, notat H, [J], *entropia, notat S, [J/K]. 3 n afar de aceast clasificare, termodinamica tehnic distinge, ntre parametrii de stare ai unui sistem termodinamic, urmtoarele dou categorii: a) Parametri extensivi, care depind de masa sistemului termodinamic (de exemplu: volumul, entalpia, energia intern, entropia); b) Parametri intensivi, care nu depind de masa sistemului termodinamic (de exemplu: presiunea, temperatura, densitatea). 4 Observaie: Prin mprirea parametrilor extensivi la masa sistemului se obin parametrii intensivi, care poart denumirea de parametrii specifici masici (de exemplu: volum specific masic ; entalpie specific masic ; energia intern specific masic, etc.). Strile de echilibru termodinamic sunt, asadar, descrise de parametrii termodinamici de stare, care au, n acest caz, o valoare anumit, bine definit si independent de timp. 5 Pentru un ST care parcurge un proces termodinamic, ca urmare a interactiunii lui cu ME, ntre o stare termodinamic initial de echilibru, 1, si o stare termodinamic final de echilibru, 2, : -variaia finit a parametrilor de stare depinde numai de valorile lor n strile de echilibru nu si de drumul parcurs de ST ntre aceste dou stri. Ca urmare, ea se calculeaz ca diferen ntre valorile respective: final i iniial. Observaie: Spunem, de aceea, n limbaj matematic, despre mrimile de stare, c admit o diferenial total exact, notat cu d.

De exemplu: Un sistem termodinamic este caracterizat, n starea termodinamic iniial, notat 1, de energia intern, U1 i, n starea termodinamic final, notat 2, de energia intern, U2. Variaia energiei interne a sistemului termodinamic ntre strile 1 i 2 este dat de diferena: U = U2 - U1. Urmnd acelai raionament; variaia entalpiei sistemului termodinamic ntre strile 1 i 2 este dat de diferena: H = H2 - H1, iar variaia entropiei, de diferena: S = S2 - S1. Variaia elementar a energiei interne a unui sistem termodinamic se noteaz:

*dU, variaia elementar a entalpiei lui se noteaz *dH, .a.m.d. Definiie: ntre parametrii de stare i compoziia fazelor se stabilete la echilibru o dependen funcional, ce poart denumirea de funcie de stare a sistemului. Principalele mrimi ce se pot msura n interiorul unui sistem termodinamic sunt presiunea, volumul i temperatura. Valoarea acestor mrimi la un moment dat definete starea sistemului termodinamic. Parametrii care definesc starea sistemului se numesc parametrii de stare, acetia fiind: a) presiunea: se noteaz cu p ; prin definiie, presiunea reprezint raportul dintre fora normal i suprafaa pe care se exercit: (F - fora, S - suprafaa); n Sistemul Internaional (SI) se msoar n pascali: Pa, 1Pa = 1N/m2; b) volumul: se noteaz cu V, iar n Sistemul Internaional se msoar n m3; se definete: volumul specific , ( V - volumul, m - masa ); unitatea de msur n SI este m3/kg; c) temperatura: se noteaz cu T, unitatea de msur n SI este K (Kelvin), o alt unitate, tolerat si utilizat des la msurarea temperaturii, notat cu t, este gradul Celsius oC; legtura ntre cele dou scri de temperatur este: (1 grad C = 273 K) 6.Starea termodinamic a unui sistem termodinamic Starea termodinamic a unui sistem termodinamic este determinat de: natura corpurilor componente, masa corpurilor componente i energia corpurilor componente, de condiiile interioare ale acestuia i condiiile exterioare, adic ale mediului ambiant. Modificrile condiiilor interioare ale unui ST nu duc neaparat la modificarea condiiilor exterioare, -n timp ce modificarea condiiilor exterioare conduce inevitabil la modificarea condiiilor interioare ale sistemului. Un ST este n echilibru termodinamic atunci cnd, aflndu-se n condiii exterioare invariabile, =condiiile lui interioare se menin constante n timp proprietile macrofizice ale acestuia nu prezint variaii. Echilibrul termodinamic Definiie Un sistem termodinamic se gsete n stare de echilibru termodinamic dac: - mrimile de stare nu se modific atunci cnd l izolm de aciunile mediului exterior. De la aceast izolare se exclud cmpurile de fore externe, ca de exemplu cmpul gravitaional.

Observaie: Starea energetic a unui sistem termodinamic, la un moment dat, este dat de: condiiile interioare ale acestuia (masa i energia sistemului) i de condiiile exterioare (care determin schimbul de energie ntre sistem i mediul exterior).

Starea unui S.T. se poate determina prin msurarea direct a unui numr (restrns) de mrimi fizice caracteristice, numite mrimi de stare. Starea n care valoarea mrimilor de stare nu variaz n timp se numete stare de echilibru. Totalitatea mrimilor fizice msurabile ale unui sistem care precizeaz starea sistemului la un moment dat reprezint parametrii de stare (ex:presiune, temperatur, volum, densitate, etc). Parametrii macroscopici descriu situaia unui sistem termodinamic la un moment dat. Parametrii termodinamici Parametrii macroscopici care descriu echilibrul termodinamic se numesc parametrii termodinamici (P.T.). Acetia pot fi: 1- dependeni de cantitatea de substan i se cheam extensivi sau aditivi (ex: volumul, entalpia, entropia); 2- independeni de mas i se numesc intensivi (ex: temperatura, presiunea, etc); 3- externi, depind de relaiile sistemului cu M.E.; 4- interni, reprezentai de mrimi care depind de proprietile interne ale corpurilor sistemului (ex: presiunea, temperatura, densitatea); Contacte ntre sisteme termodinamice Contactul ntre un sistem termodinamic i un alt sistem din mediul exterior lui se realizeaz atunci cnd sistemul dat nu mai e izolat de mediul exterior, avnd loc interaciuni cu callalt sistem. Contactul dintre cele dou sisteme poate fi: a) Contact mecanic, atunci cnd schimbul de energie dintre sisteme se face prin lucrul mecanic realizat de forele efectuate de unul dintre sisteme asupra celuilalt; b) Contact termic, atunci cnd schimbul de energie dintre sisteme se face exclusiv prin cldur; c) Contact prin schimb de substan ntre cele dou sisteme. Procesul termodinamic-definitie Procesul termodinamic se definete ca fiind: - trecerea unui sistem termodinamic dintr-o stare de echilibru n alt stare de echilibru. Procesul termodinamic mai poart i numele de transformare de stare. 7.Transformare termodinamic de stare Transformare termodinamic de stare: reprezint trecerea ST dintr-o stare termodinamic initial, de echilibru, n alt stare termodinamic (final), de echilibru, ca urmare a interaciunii sale cu ME.

Fie, de exemplu, un sistem termodinamic n echilibru intern (exprimat prin ndeplinirea condiiilor: p = ct., T = ct., V = ct., m = ct.) i extern (exprimat prin ndeplinirea condiiilor: pST = pME , TST =TME), asupra cruia se exercit, la un moment dat, din partea mediului exterior, o aciune de tip mecanic sau termic (de exemplu: efectuarea de lucru mecanic, sau transfer de cldur). n mod evident, ca urmare a acestor aciuni, starea de echilibru termodinamic a sistemului este perturbat. Sistemul termodinamic va suferi o serie de modificri, ale unuia sau ale tuturor parametrilor si de stare, i va evolua n sensul atingerii unei noi stri de echilibru. Proces termodinamic reprezint o transformare de stare, pentru care este precizat mecanismul de realizare. Exemplu: Un gaz poate s sufere aceeai transformare de stare 1-2, dei din mediul exterior se acioneaz asupra lui n dou moduri distincte Astfel, fie 2 gaze aflate ntr-o incint: gazul A, cu temperatura i volumul i gazul B, cu temperatura , desprite printr-un perete diaterm (transparent la trecerea cldurii) (Figura 15). ntruct primete energie termic (cldur) de la gazul B, gazul A i modific temperatura, respectiv se nclzete, de la temperatura , la temperatura (Figura 16), n condiiile n care volumul gazului rmne neschimbat. Un gaz poate s sufere aceeai transformare de stare 1-2, dei din mediul exterior se acioneaz asupra lui n dou moduri distincte

Figura 15. nclzirea gazului A ca urmare Figura 16. nclzirea izocor a gazului a transferului de energie termic de la gazul B Aceeai transformare izocor (V = ct.) poate fi realizat asupra gazului A, dac acesta se afl n contact cu o elice, aflat n micare de rotaie (Fig.17).

Figura 17. nclzirea gazului A, ca urmare a cldurii degajate prin frecare n acest caz, temperatura gazului A crete de la valoarea la valoarea , ca urmare a cldurii introduse prin frecare ntre gaz i elice. n cele 2 situaii avem 2 procese termodinamice izocore, diferite ca mod de desfasurare.

Fig.18 Transformare de stare Transformri de stare Starea unui sistem, la un moment dat, este dat de totalitatea valorilor parametrilor de stare. Imaginea strii sistemului ntr-un spaiu tridimensional ce are ca axe presiunea, volumul i temperatura, este un punct. n figura 18 punctele 1 i 2 reprezint stri ale sistemului termodinamic. n timp, parametrii de stare ai sistemului termodinamic pot evolua; dac reprezentm grafic totalitatea strilor prin care trece sistemul, de la starea 1 la starea 2, obinem o curb. Procesul de evoluie a sistemului termodinamic de la starea 1 la starea 2 poart denumirea de transformare de stare. . Clasificarea proceselor termodinamice din punct de vedere al evoluiei paramatrilor de stare ai sistemului:

1 Procesele cvasistatice se desfoar lent, parametrii de stare corespuztor strilor intermediare pot fi determinai. 2 Procesele nestatice se desfoar rapid, dintr-o stare iniial de echilibru ntr-o stare final de echilibru. Parametrii strilor intermediare nu se pot determina i reprezenta grafic, deoarece nu sunt stri de echilibru. Clasificarea proceselor termodinamice din punct de vedere al posibilitii evoluiei procesului termodinamic dintr-o stare n alta i invers(n ambele sensuri):

1 Procese reversibile sunt acele procese n care: evoluia poate fi n ambele sensuri, iar strile intemediare de echilibru sunt aceleai n ambele sensuri ale evoluiei. 2 Procese ireversibile sunt acele procese n care cel puin una dintre condiiile de definiie ale proceselor reversibile nu este ndeplinit. Transformri reversibile Transformri reversibile - sunt transformri teoretice (ideale), n care sistemul termodinamic evolueaz de la starea 2 la stare 1 exact prin aceleai puncte (stri) prin care a evoluat de la 1 la 2. Ecuaia transformrilor reversibile nu depinde de direcia timpului. Un exemplu de astfel de ecuaie fiind ecuaia propagrii undelor n vid. De exemplu: In Figura 19 s-au reprezentat urmtoarele dou procese: 1-2 : destinderea unui gaz n cilindrul unei maini termice. Acesta este un proces care se desfoar natural, spontan, de la sine, n sensul menionat i anume acela al scderii presiunii gazului; Pentru a stabili dac procesul de destindere 12 este unul reversibil, trebuie s judecm msura n care procesul invers, 2 1, a ndeplinit condiia de a nu modifica, pe parcursul su, starea ME. Ori, ce nseamn c n procesul 2 1 mediul exterior nu trebuie s sufere modificri? Nu este dect un alt fel de a spune c schimburile de cldur i lucru mecanic pe care le-a avut ST cu ME n procesul direct trebuie s fie aceleai (egale)= cu schimburile de cldur i lucru mecanic pe care le-a avut ST cu ME n procesul de revenire. 2 -1 : comprimarea gazului, proces desfurat n sens invers. Figura 19. Proces termodinamic reversibil

Transformri ireversibile Transformri ireversibile - sunt transformri reale n care evoluiile sistemului de la starea 1 la starea 2 i invers au loc pe curbe diferite. Ecuaiile ce descriu transformrile ireversibile depind de direcia timpului, adic , un exemplu de astfel de ecuaie fiind ecuaia conduciei. Procesul termodinamic ireversibil este aadar procesul real, a crui desfurare (trecere de la o stare termodinamic la alta ) implic modificri aduse ME. Aceste modificri nseamn att consum de energie, respectiv de cldur i lucru mecanic, ct i consum de mas, din partea ME, pentru readucerea ST la starea termodinamic iniial. Aceste modificri poart numele de compensri. Observaie: Procesele termodinamice ireversibile sunt succesiuni de stri de neechilibru i n consecin nu pot fi reprezentate n diagrame termodinamice. Pentru a ilustra conceptul de compensare, mai sus amintit, s considerm urmtorul exemplu: Dac un ST a parcurs un proces termodinamic natural (spontan, de la sine) ireversibil, de destindere (procesul 1-2 din Figura 20), atunci el poate fi readus n starea iniial, dar : -pe alt drum (2 - 1' -1) i - cu consum de energie mai mare dect energia furnizat de el pe parcursul procesului direct . Figura 20. Proces ireversibil Clasificarea proceselor termodinamice din punct de vedere al relaiei dintre starea final i cea iniial:

1 Procesele ciclice sunt acele procese n care starea final coincide cu starea iniial. 2 Procesele neciclice sunt acele procese n care starea final nu coincide cu starea iniial. Exemplu de proces termodinamic ciclic: procesul 1 -2 din Figura 21.

Figura 21. Proces termodinamic care se poate desfura ntre strile 1 i 2 pe drumul: a, b, sau c 8.Ecuatia termica de stare a unui sistem termodinamic Ecuatia termica de stare stabilete legtura dintre parametrii intensivi i cei extensivi de stare ai unui sistem termodinamic(ST), cu mas constant, care interacioneaz mecanic i termic cu mediul exterior(ME). Ea se bazeaz pe Postulatul al II-lea al termodinamicii:

- care exprim faptul c parametrii intensivi de stare (de exemplu presiune, densitate) ai unui sistem termodinamic aflat n stare de echilibru intern sunt funcii de parametrii extensivi de stare (de exemplu volumul, energia) i de temperatur. Observaie: Dei este tot un parametru intensiv de stare, temperatura este introdus explicit de Postulatul al II-lea al termodinamicii, ca un parametru caracteristic strii de echilibru, care precizeaz, n plus, tranzitivitatea echilibrului termodinamic. 2 Ecuaia termic de stare a unui sistem termodinamic omogen are deci urmtoarea form: (1.1) care poate fi exprimat, pentru o cantitate constant de substan, m, astfel: (1.2) Pentru un sistem termodinamic cu m = 1kg, ecuaia (1.2) devine: (1.3) n care:

, [m3/ kg] reprezint volumul specific masic.

3 Ecuaia termic de stare (1.3) permite determinarea unuia dintre parametrii de stare p, V, T -, dac se cunosc valorile celorlali doi parametri ce caracterizeaz o anumit stare de echilibru a sistemului termodinamic. De exemplu, s considerm un sistem termodinamic reprezentat de o mas de gaz aflat ntr-un vas, pentru care putem msura presiunea, volumul i temperatura care definesc o anumit stare de echilibru a gazului. Prin alegerea de valori arbitrare pentru volum i temperatur putem calcula presiunea, ca pe o mrime dependent de celelalte dou, dintr-o ecuaie de stare de forma: (1.4) Similar, alegnd valori arbitrare pentru volumul specific i presiunea unei anumite stri de echilibru, rezult o anumit valoare a temperaturii gazului, corespunztoare acelei stri de echilibru, dintr-o ecuaie de stare de forma: (1.5)

4 Difereniind relaiile (1.4) i (1.5) obinem: (1.6) i (1.7) 5 Prin nlocuirea ecuaiei (1.7) n ecuaia (1.6), rezult: 6 mprind ecuaia (1.8) cu dp se obine: (1.9) Dac scriem: (1.10)

i 7 i nlocuim relaiile (1.10) n (1.9) rezult: i

(1.11)

Fiecare dintre derivatele pariale din ecuaia (1.11) are semnificaie fizic: se numete coeficient de dilatare izobar a gazului i reprezint variaia unitii de volum n condiii izobare, la variaia temperaturii cu 1 grad; se numete coeficient de compresibilitate izocor a gazului i reprezint variaia unitii de presiune n condiii izocore, la variaia temperaturii cu 1 grad; se numete coeficient de compresibilitate izoterm a gazului i reprezint variaia unitii de volum n condiii izoterme, la variaia presiunii cu o unitate. Forma explicit a ecuaiei termice de stare a gazelor se stabilete: fie teoretic:n urma adoptrii unor ipoteze simplificatoare privind comportarea gazului aa cum s-a procedat pentru stabilirea ei n cazul gazelor perfecte, fie experimental, prin prelucrarea datelor obinute la msurarea parametrilor termici n diferite stri termodinamice reale ale sistemului. 9.Particularizarea ecuaiei termice de stare pentru gaze perfecte Gazul perfect reprezint un concept teoretic, fr corespondent direct n realitate. Gaze perfecte nu exist n natur. Conceptul de gaz perfect a fost necesar i s-a dovedit deosebit de util, ntruct, prin simplificrile pe care le-a adus n analiza termodinamic, a permis stabilirea teoretic, pe baza teoriei cinetico-moleculare, a relaiilor matematice care exprim legile simple ale gazelor perfecte. Ipotezele simplificatoare care definesc conceptul de gaz perfect sunt urmtoarele: -gazul este alctuit dintr-un numr foarte mare de molecule identice, perfect sferice, cu ntreaga mas concentrat n centrul de greutate; -volumul propriu al moleculelor este neglijabil n raport cu volumul total ocupat de gaz, ca urmare a strii avansate de rarefiere n care se afl gazul perfect; -forele de interaciune moleculare sunt neglijabile, datorit rarefierii pronunate; -moleculele gazului execut o micare aleatoare, dezordonat (brownian), traiectoriile lor ntre dou ciocniri consecutive fiind rectilinii, ca urmare a absenei interaciunilor dintre molecule; -ciocnirile dintre molecule sunt considerate perfect elastice, ceea ce face posibil aplicarea legii conservrii impulsului i energiei (energia cinetic medie molecular este constant). Gaze reale Gazele prezente n natur se numesc gaze reale. n general, comportamentul gazelor reale este mult diferit de cel al gazelor perfecte.

Exist totui nite condiii exprimate prin presiuni coborte i temperaturi ridicate (peste temperatura punctului critic) - n care gazele reale verific, cu suficient precizie, ecuaiile gazelor perfecte. Cu alte cuvinte, cu ct gazele reale (de exemplu gazele uzuale la funcionarea mainilor termice: H2, N2, CO2, CO, O2 etc.) sunt mai rarefiate i au temperatura mai deprtat de domeniul de lichefiere, cu att abaterile lor fa de legile gazelor perfecte sunt mai reduse. La limit, cnd presiunea oricrui gaz tinde la zero, el se comport ca un gaz perfect, pentru c i devin proprii caracteristicile de definiie ale gazului perfect. Forma explicit a ecuaiei termice de stare pentru gaze perfecte, scris pentru unitatea de mas(m =1kg), este urmtoarea: , [J/kg] (1.12) n care: - p presiunea absolut a gazului perfect, [N/m2]; - R constanta caracteristic a gazului considerat, [J/(kg K)]; - v volumul specific masic al gazului, [m3/kg]. Ecuaia (1.12) se mai numete ecuaia Clausius-Clapeyron . Pentru un gaz cu masa m, ecuaia (1.12) devine: , [J] innd seama de faptul c: , [kg] (1.14) n care: - n numrul de kilomoli de gaz perfect, [-]; - M masa molecular a gazului, [kg/kmol], ecuaia (1.13) devine: , [J] (1.15) (1.13)

n care: produsul: , [J/(kmol K)] , (1.15)*. se numete constanta universal a gazelor perfecte. n condiii normale fizice, exprimate de T = 273,15 K i p=101325 N/m2= 1,01325 bar, = 8314,4 J/(kmol K). Rezult astfel o alt form a ecuaiei termice de stare pentru gazele perfecte: , [J] (1.16 ) Prin mprirea ecuaiei (1.16) la numrul de kmoli, n, se obine: , [J/kmol] (1.17) n care: =V/n , [m3/kmol] (1.18) poart denumirea de volum molar al gazului perfect. n condiii normale fizice, = 22,414 Nm3 / kmol. Potrivit legii lui Avogadro, acesta este volumul pe care l ocup, n condiii normale, 1kmol din orice gaz perfect. Ecuaia termic de stare (1.13) a gazului perfect, exprimat n funcie de debite, are forma: , [W] (1.19) n care: - debit volumic de gaz, [m3/s]; - debit masic de gaz, [kg/s]. n mod similar, ecuaia (1.16) devine: , [W] (1.20) n care: - debit molar de gaz, [kmol/s]. 10.POSTULATELE TERMODINAMICII a) Primul postulat al termodinamicii (principiul general al termodinamicii):

Un sistem termodinamic izolat: ajunge ntotdeauna, dup un interval de timp oarecare n starea de echilibru termodinamic i nu poate iei niciodat de la sine din aceast stare. 2 Daca un sistem izolat este scos din starea de echilibru termodinamic intern, el va reveni la condiiile strii de echilibru. Timpul de revenire se numete timp de relaxare. Valoarea timpului de relaxare pentru o marime z se determin n functie de proces, care poate fi: - cvasistatic, dac variaia parametrului z este mult mai mica dect viteza medie de variaie a acestui parametru in procesul de relaxare; nonstatic (nestatic), daca procesul decurge rapid. Un proces reversibil este un proces n care trecerea sistemului de la starea iniial la starea final, se face trecnd prin stri termodinamice de echilibru intern i extern. Procesele reversibile pot avea loc n ambele sensuri i trecnd prin aceleasi stari. Procesele reversibile sunt procese cvasistatice ideale. Primul postulat al termodinamicii arat c: un sistem izolat tinde de la sine spre starea de echilibru i nu poate iei de la sine din aceast stare dect printr-o intervenie exterioar (un schimb de energie) care are ca rezultat modificarea parametrilor de stare externi. Timpul n care un sistem ajunge n echilibru se numete timp de relaxare, durata acestuia depinznd de natura i starea corpurilor care compun sistemul, ordinul lui de mrime fiind de (10 la puterea -610 la puterea -9) secunde. Din acest postulat decurge i existena mrimilor de stare. b) Al doilea postulat al termodinamicii (principiul zero): Doua sisteme aflate n echilibru termodinamic cu un al treilea sistem: sunt n echilibru termodinamic ntre ele sau tranzitivitatea este o proprietate general a relaiei de echilibru termic de stri. Observaie Al doilea postulat permite introducerea noiunii de temperatur. Astfel, temperatura unui sistem este o proprietate care determin daca un sistem se afl sau nu n echilibru termic cu alte sisteme. Echilibrul termic Fig.22.Echilibrul termic ntre dou sisteme A i B desprite printr-un perete diaterm. 2 Vom considera pentru aceasta dou sisteme termodinamice A i B aflate fiecare dintre ele n mod independent n stare de echilibru caracterizate de presiunile i volumele celor dou sisteme. Punem n contact aceste sisteme, astfel nct fiecare s poat aciona asupra celuilalt, dar ambele izolate de mediul nconjurtor. Peretele diaterm mpiedic schimbul de mas dintre cele dou sisteme i orice interaciune mecanic, electric sau magnetic; n schimb las s treac cldura. n momentul cuplrii sistemului A cu B se constat c (A+B) nu este la echilibru dar tinde i atinge starea de echilibru dup un anumit timp conform principiului general al termodinamicii. Echilibrul care se stabileste n sistemul (A+B) are loc n urma interaciunii dintre Ai B prin peretele diaterm. 3

Aceast interaciune nu este nici datorit reaciilor chimice, nici datorit transferului de mas, nici datorit interactiunii mecanice, nici datorit interaciunii electrice; este o interaciune de tip nou - interaciune termic. Aceast interaciune este responsabil pentru trecerea sistemului compus (A+B) ctre o stare de echilibru att pentru A ct i pentru B n comparaie cu strile lor iniiale. Interaciunea termic se mai numete i schimb de cldur, constituind un mod special de transmitere de energie ntre sistemele A i B. Echilibrul care se stabilete n sistemul (A+B) se numete echilibrul termic . 4 Mrimile de stare ale ambelor sisteme aflate n echilibru termic nu mai sunt independente unele de altele, ntre ele existnd o legtura funcional: f(A,B)=0, f fiind de fapt o msur a dezechilibrului sistemului AUB. Forma funciei depinde numai de natura celor dou sisteme i ar putea fi determinat printr-un numr mare de experimente, n care, pornind de la diverse stri iniiale ale ambelor sisteme se observ atingerea echilibrului termic. S considerm acum dou sisteme A i B separate printr-un perete adiabatic, fiecare dintre ele aflndu-se n contact cu un al treilea sistem C, prin intermediul unor perei diatermici, ntregul sistem fiind ntr-un nveli adiabatic, la echilibru. Fig.23.Tranzitivitatea echilibrul termic 2 Deci ntre A i B nu exist schimb de cldur. Fiecare dintre sisteme sunt iniial n echilibru.ntre A i C i respectiv B i C este permis schimbul de cldur . Experiena arat c A i B vor atinge echilibrul termic cu C i nu va apare nici-o modificare a presiunii dac peretele adiabatic dintre A i B este nlocuit cu unul diaterm . Sau, altfel spus, dac admitem realizarea echilibrului termic pe rnd ntre A i C i respectiv B cu C, atunci cnd A i B se aduc n contact prin peretele diaterm se constat c de fapt ele sunt n echilibru termic ntre ele. Deci: dou sisteme aflate n echilibru termic cu un al treilea, simultan sau succesiv, se afl n echilibru termic i ntre ele. Postulatul al doilea al termodinamicii (principiul zero) se refer la echilibrul termic al unui numr de corpuri mai mare dect dou i a fost enunat de ctre J.C.Maxwell, n anul 1891. Motivul pentru care a fost numit principiul zero este de natur istoric, deoarece el a aprut dup ce se stabiliser anterior principiile I i II ale termodinamicii. Poate fi enunat ntr-o form concis astfel: dou sisteme aflate n echilibru termic cu un al treilea simultan sau succesiv, se afl n echilibru termic i ntre ele. Din principiul zero al termodinamicii rezult c dou sisteme se afl n echilibru termic chiar dac ele nu sunt n contact direct, fiind suficient ca un termometru s prezinte aceleai indicaii pentru ambele sisteme. Concluzie Condiiile strii de echilibru termodinamic sunt exprimate prin cele dou postulate ale termodinamicii.

Va multumim pentru atentie!