NOŢIUNI ELEMENTARE NOŢIUNI ELEMENTARE DE TERMODINAMICĂDE TERMODINAMICĂ

TERMODINAMICATERMODINAMICA

Studiază transformările reciproce ale Studiază transformările reciproce ale diferitelor forme de energie icircn sisteme diferitelor forme de energie icircn sisteme materiale denumite sisteme termodinamicemateriale denumite sisteme termodinamice

SISTEMUL TERMODINAMIC SISTEMUL TERMODINAMIC Ansamblu de corpuri fizice aflate Ansamblu de corpuri fizice aflate icircicircn interacn interacţţiune iune

energeticenergetică icircntre ele şi cu mediul exterioră icircntre ele şi cu mediul exteriorLimita de separaţie este stabilită arbitrarLimita de separaţie este stabilită arbitrarCondiţia esenţialăCondiţia esenţială ndash ndash număr suficient de mare de număr suficient de mare de

componente pentru a se putea aplica regulile componente pentru a se putea aplica regulile statistice pentru determinarea proprietăţilorstatistice pentru determinarea proprietăţilor

ENERGIAENERGIA ndash concept termodinamic ndash concept termodinamic exprimă icircn mod cantitativ capacitatea sistemelor exprimă icircn mod cantitativ capacitatea sistemelor

materiale de a exercita asupra exteriorului materiale de a exercita asupra exteriorului acţiuniacţiuni mecanice ndash energie cinetică elastică potenţialămecanice ndash energie cinetică elastică potenţială electrice ndash energie electricăelectrice ndash energie electrică nucleare ndash energie atomică nuclearănucleare ndash energie atomică nucleară

ffenomenele enomenele naturale (fizice-chimice) = naturale (fizice-chimice) = deplasare deplasare de energie sauşi substanţă dintr-un loc icircn altul de energie sauşi substanţă dintr-un loc icircn altul determinacircnd modificarea mişcării de agitaţie determinacircnd modificarea mişcării de agitaţie termică prin procese de ciocnire ale particulelor termică prin procese de ciocnire ale particulelor constituente (frecare)constituente (frecare) fenomene termicefenomene termice

TEORIA CINETICO-MOLECULARĂTEORIA CINETICO-MOLECULARĂ

Explică de ce se produc tranformările Explică de ce se produc tranformările termodinamice = agitaţia termică a termodinamice = agitaţia termică a componentelor exercită o acţiune componentelor exercită o acţiune internă asupra limitei de separaţie cu internă asupra limitei de separaţie cu exteriorul ndash exteriorul ndash presiuneapresiunea

Energia cinetică medieEnergia cinetică medie

expresie a mişcării de agitaţie termicăexpresie a mişcării de agitaţie termică Legea Clapeyron-Mendeleev Legea Clapeyron-Mendeleev

(legea gazelor ideale)(legea gazelor ideale)

2

3vm

np

RTpV

kTc 2

3

GAZUL IDEALGAZUL IDEAL

CEL MAI SIMPLU SISTEM TERMODINAMICCEL MAI SIMPLU SISTEM TERMODINAMIC Număr foarte mare de componente = moleculele de gazNumăr foarte mare de componente = moleculele de gaz Componentele sunt considerate punctiforme ndash nu au Componentele sunt considerate punctiforme ndash nu au

volum propriuvolum propriu Componentele nu interacţionează icircntre ele dar Componentele nu interacţionează icircntre ele dar

interacţionează cu pereţii vasuluiinteracţionează cu pereţii vasului Parametrii de stare suntParametrii de stare sunt

EXTENSIVEXTENSIV

INTENSIVINTENSIV

bull Volumul Volumul (m(m33))bull Masa Masa (kmol) (kmol) bull Presiunea Presiunea (Nm(Nm22))bull TemperaturaTemperatura (K) (K)

PARAMETRI TERMODINAMICIPARAMETRI TERMODINAMICI Factorii macroscopiciFactorii macroscopici mărimi fizice măsurabile mărimi fizice măsurabile

care caracterizează un sistem termodinamic şi care caracterizează un sistem termodinamic şi raportul său faţă de corpurile icircnconjurătoareraportul său faţă de corpurile icircnconjurătoare extensiviextensivi pentru determinarea lor este nevoie de tot pentru determinarea lor este nevoie de tot

sistemul ldquoin extensordquo (de ex volumul numărul de moli sistemul ldquoin extensordquo (de ex volumul numărul de moli sarcina electrică şa) sarcina electrică şa)

intensiviintensivi sunt determinaţi de mişcarea şi distribuţia icircn sunt determinaţi de mişcarea şi distribuţia icircn spaţiuspaţiu din interior din interior a particulelor care compun sistemul a particulelor care compun sistemul (de ex densitatea indicele de refracţie presiunea (de ex densitatea indicele de refracţie presiunea temperatura energia internă concentraţia coeficientul temperatura energia internă concentraţia coeficientul de vacircscozitate potenţialul electric şa)de vacircscozitate potenţialul electric şa)

CLASIFICAREA SISTEMELOR CLASIFICAREA SISTEMELOR TERMODINAMICETERMODINAMICE

După relaţia cu exteriorulDupă relaţia cu exteriorul IzolatIzolat

Izolat adiabaticIzolat adiabatic

NeizolateNeizolate InchisInchis DeschisDeschis

DupDupă constituţieă constituţie OmogeneOmogene HeterogeneHeterogene

SISTEMELE BIOLOGICESISTEMELE BIOLOGICE sunt sisteme deschisesunt sisteme deschise icircşi menţin integritatea structurală prin icircşi menţin integritatea structurală prin

consum de energieconsum de energie sunt supuse unei continue reicircnnoiri şi refaceri sunt supuse unei continue reicircnnoiri şi refaceri

structuralestructurale se reproduc evoluează au existenţă limitată icircn timp se reproduc evoluează au existenţă limitată icircn timp

suferă procese de creştere-dezvoltare icircmbătracircnire şi suferă procese de creştere-dezvoltare icircmbătracircnire şi moartemoarte

icircşi menţin homeostazia structuralicircşi menţin homeostazia structurală şi funcţionalăă şi funcţională datorită capacităţii lor de a recepţiona transmite şi datorită capacităţii lor de a recepţiona transmite şi analiza informaţii de a elabora şi transmite comenzi analiza informaţii de a elabora şi transmite comenzi organelor de reacţieorganelor de reacţie

au structură eterogenă au structură eterogenă cu grad ridicat de cu grad ridicat de organizareorganizare

STSTARAREEA A SISTEMULUI SISTEMULUI TERMODINAMICTERMODINAMIC

Totalitatea parametrilor intensivi şi Totalitatea parametrilor intensivi şi extensivi ce caracterizează sistemulextensivi ce caracterizează sistemulStarea de Echilibru TermodinamicStarea de Echilibru Termodinamic

Parametrii intensivi sunt constanţi icircn timp şi spaţiu Parametrii intensivi sunt constanţi icircn timp şi spaţiu ndash nu există diferenţe faţă de exterior sau icircntre ndash nu există diferenţe faţă de exterior sau icircntre diferite componente ale sistemuluidiferite componente ale sistemului

Starea StaţionarăStarea StaţionarăParametrii intensivi sunt constanţi icircn timp dar Parametrii intensivi sunt constanţi icircn timp dar

diferiţi icircn spaţiu ndash există diferenţe dar acestea sunt diferiţi icircn spaţiu ndash există diferenţe dar acestea sunt constanteconstante

CELULA VIE SE AFLĂ IN STARE STAŢIONARĂCELULA VIE SE AFLĂ IN STARE STAŢIONARĂ

PROCESE TERMODINAMICEPROCESE TERMODINAMICE Tansformare de stare = variaţia a cel puţin unui parametru

de stare Presupune fenomene de transport = fluxuri (cantitate ce

traversează unitatea de suprafaţă icircn unitatea de timp) de substanţă de energie

LUCRU (travaliu) = deplasări ordonate macroscopice CĂLDURĂ = deplasări dezordonate termice

Variaţia parametrilor intensivi pe o anumită distanţă = gradienţi termodinamici = forţe termodinamice

Variaţia parametrilor extensivi = fluxuri termodinamice

FORŢEFORŢE FLUXURIFLUXURI

Ex Ex proces proces cvasistaticcvasistatic poate fi reprezentat grafic poate fi reprezentat grafic

Procesul termodinamicProcesul termodinamic = trecerea unui = trecerea unui sistem termodinamic dintr-o stare icircn alta sistem termodinamic dintr-o stare icircn alta de la o stare iniţială către o stare finală de la o stare iniţială către o stare finală urmacircnd o anumită succesiune de stări urmacircnd o anumită succesiune de stări intermediare sau ldquotraiectorierdquointermediare sau ldquotraiectorierdquo

p

V

CLASIFICAREA PROCESELOR TERMODINAMICECLASIFICAREA PROCESELOR TERMODINAMICE

după după modul de variaţie amodul de variaţie a parametrilor de stare parametrilor de stare Diferenţiale ndash Diferenţiale ndash variavariaţii infinitezimaleţii infinitezimale IntegraleIntegrale ndash ndash variaţii finite discretevariaţii finite discrete

după viteza de desfăşuraredupă viteza de desfăşurare CvasistaticeCvasistatice ndash ndash dede echilibruechilibru NestaticeNestatice ndash ndash de ne-echilibrude ne-echilibru

după drumul urmat de procesdupă drumul urmat de proces CicliceCiclice ndash ndash starea finală = starea iniţialăstarea finală = starea iniţială ReversibileReversibile ndash se pot derula de la sine icircn ambele sensurindash se pot derula de la sine icircn ambele sensuri IreversibileIreversibile ndashse pot derula de la sine icircnndashse pot derula de la sine icircntr-un singurtr-un singur sens sens

după parametrul de stare menţinut după parametrul de stare menţinut ccononsstant icircn timpul transformăriitant icircn timpul transformării IzotermeIzoterme ndash T = constndash T = const izocoreizocore ndash V = constndash V = const IzobareIzobare ndash p = const ndash p = const

după energia schimbatădupă energia schimbată Exoterme Exoterme ndash cedează Qndash cedează Q Endoterme Endoterme ndash primesc Qndash primesc Q Adiabatice Adiabatice ndash nu schimbă Qndash nu schimbă Q

FORME ALE SCHIMBULUI DE ENERGIE FORME ALE SCHIMBULUI DE ENERGIE MĂRIMI DE PROCESMĂRIMI DE PROCES

Energia schimbată de un sistem termodinamic cu Energia schimbată de un sistem termodinamic cu exteriorul schimb icircn urma căruia are loc o variaţie a exteriorul schimb icircn urma căruia are loc o variaţie a parametrilor externi parametrilor externi prin prin mişcări ordonate al particulelor al particulelor din sistem din sistem se numeşte se numeşte

lucru (travaliu) (L) Energia schimbată de un sistem termodinamic cu mediul Energia schimbată de un sistem termodinamic cu mediul

exteriorexterior prin prin mişcări dezordonate (de agitaţie termică) a (de agitaţie termică) a particulelor din sistem atunciparticulelor din sistem atunci cacircnd parametrii externi nu cacircnd parametrii externi nu se modifică se numeşte se modifică se numeşte

căldură (Q) Căldura şi lucrul sunt Căldura şi lucrul sunt mărimi de proces ele caracterizacircnd ele caracterizacircnd

o transformare termodinamică suferită de sistem şi o transformare termodinamică suferită de sistem şi NUNU starea sistemuluistarea sistemului

UNITAŢI DE MĂSURĂUNITAŢI DE MĂSURĂ

Toate tipurile de energie se măsoară icircn Toate tipurile de energie se măsoară icircn Joule Joule (J)(J) Unităţi tolerateUnităţi tolerate

CCaloria aloria (1 cal = 418 J) folosită adesea pentru (1 cal = 418 J) folosită adesea pentru sistemele ce au la bază apa (sistemele vii) sistemele ce au la bază apa (sistemele vii) ndash ndash cantitateacantitatea de căldură necesară pentru a ridica temperatura unui de căldură necesară pentru a ridica temperatura unui gram de apă de la 145gram de apă de la 145C la 155C la 155CC

ElectronElectron--voltulvoltul (1 eV = 1610 (1 eV = 1610-19-19 J) pentru cacircmpuri J) pentru cacircmpuri electromagnetice ndash energia necesară pentru a deplasa electromagnetice ndash energia necesară pentru a deplasa un electron icircntr-un cacircmp electric de 1 Voltun electron icircntr-un cacircmp electric de 1 Volt pe distanţa pe distanţa de 1 mde 1 m

Lucrul (travaliul)Lucrul (travaliul) FormFormă a schimbului de energie realizat prin ă a schimbului de energie realizat prin

mişcarea ordonată a materieimişcarea ordonată a materiei lucru mecaniclucru mecanic

Deplasarea unui corp sub acţiunea unei forţe exterioare Deplasarea unui corp sub acţiunea unei forţe exterioare L = F L = F xx

Deformarea unui corp sub acţiunea forţelor interne (termice) Deformarea unui corp sub acţiunea forţelor interne (termice) L = p L = p VV

lucru electric deplasarea sarcinilor electrice sub lucru electric deplasarea sarcinilor electrice sub acţiunea unei diferenţe de potenţialacţiunea unei diferenţe de potenţial

L = U L = U qq lucru chimic deplasarea de substanţă sub efectul lucru chimic deplasarea de substanţă sub efectul

unei diferenţe de potenţial chimic (concentraţie)unei diferenţe de potenţial chimic (concentraţie)L = L =

PostulatePostulatele Termodinamiciile Termodinamicii

Primul postulatPrimul postulat (Boltzmann) (Boltzmann)

dacă sistemul este scos din starea de echilibru dacă sistemul este scos din starea de echilibru şi se izolează de mediul exterior atunci el revine şi se izolează de mediul exterior atunci el revine icircntotdeauna de la sine icircn starea de echilibru şi icircntotdeauna de la sine icircn starea de echilibru şi nu poate ieşi din această stare fără acţiunea nu poate ieşi din această stare fără acţiunea unor forţe exterioareunor forţe exterioare

Postulatul al doileaPostulatul al doilea parametru ce parametru ce caracterizează caracterizează starea destarea de echilibru termicechilibru termic al unui al unui sistem sistem este este temperatura (T)temperatura (T)

TEMPERATURATEMPERATURA

Parametrul ce caracterizează Parametrul ce caracterizează starea destarea de echilibru termicechilibru termic al unui sistem şi care are aceeaşi valoare icircn tot sistemul al unui sistem şi care are aceeaşi valoare icircn tot sistemul independent de numărul de particule din sistem se independent de numărul de particule din sistem se numeşte numeşte temperaturătemperatură

Temperatura este o măsură a intensităţii mişcării de Temperatura este o măsură a intensităţii mişcării de agitaţie termică şi are sens numai pentru sistemele aflate agitaţie termică şi are sens numai pentru sistemele aflate icircn stări de echilibru termic icircn stări de echilibru termic

Temperatura de Temperatura de zero absolutzero absolut (0 grade Kelvin) (0 grade Kelvin) corespunde situaţiei pur ipotetice icircn care icircncetează orice corespunde situaţiei pur ipotetice icircn care icircncetează orice mişcare de agitaţie termicămişcare de agitaţie termică

IIn cursul contactului termic se n cursul contactului termic se realizează schimb de realizează schimb de energie sub formă de energie sub formă de ccăldurăăldură (Q) (Q)

Principiul IPrincipiul I

Principiul conservării energiei e energia nu poate nergia nu poate fi creată din nimic nici nu poate disparefi creată din nimic nici nu poate dispare

Principiul echivalenţei energiei energia energia se se transformă calitativ dintr-o formă icircn alta transformă calitativ dintr-o formă icircn alta conservacircndu-se cantitativconservacircndu-se cantitativ

U = Q ndash L U = Q ndash L

ENERGIA INTERNĂENERGIA INTERNĂ

Suma tuturor energiilor cinetice (de mişcare) şi Suma tuturor energiilor cinetice (de mişcare) şi potenţiale (de interacţiune) a părţilor potenţiale (de interacţiune) a părţilor componente din sistem icircntre ele componente din sistem icircntre ele Energiile legăturilor chimice moleculareEnergiile legăturilor chimice moleculare Energiile legăturilor intermoleculareEnergiile legăturilor intermoleculare Energii atomice submoleculareEnergii atomice submoleculare Energii cinetice (translaţie rotaţie şi vibraţie) de tip Energii cinetice (translaţie rotaţie şi vibraţie) de tip

agitaţie termică la nivel molecular şi atomicagitaţie termică la nivel molecular şi atomic

EEste o funcţie de stareste o funcţie de stare

pt gazul ideal pt gazul ideal U = f(T)U = f(T)

Transformarea ciclicăTransformarea ciclică

UUn sistem poate efectua L numai dacă primeşte n sistem poate efectua L numai dacă primeşte Q din exteriorQ din exterior

imposibilitatea construirii unui ldquoperpetuum imposibilitatea construirii unui ldquoperpetuum mobilerdquo de tipul I adică imposibilitatea construirii mobilerdquo de tipul I adică imposibilitatea construirii unei maşini care să furnizeze lucru util fără să unei maşini care să furnizeze lucru util fără să primească energie din exteriorprimească energie din exterior

Transformarea izobarăTransformarea izobară

2 1 2 1pQ U p V U U p V V

Q U pV U pVP ( ) ( )2 2 1 1

Q H H HP 2 1

ENERGIA INTERNĂENERGIA INTERNĂ () () = ENTALPIE (H) = ENTALPIE (H)

potenpotenţţial utilizabilial utilizabilăă ca ca travaliutravaliu

H = U + pVH = U + pV

In natură majoritatea fenomenelor se petrec cu variaţia volumului dar la presiune constantă de obicei presiunea atmosferică

Principiul IPrincipiul II I

CarnotCarnot ( (18241824) ) randamentulrandamentul unei maşini termice care unei maşini termice care lucrează după un lucrează după un ciclu reversibilciclu reversibil nu depinde de substanţă de nu depinde de substanţă de lucru sau de construcţia maşinii lucru sau de construcţia maşinii ci numai de temperaturile sursei ci numai de temperaturile sursei calde şi sursei recicalde şi sursei reci

RRandamentul oricărei maşini andamentul oricărei maşini termice este icircntotdeauna mai termice este icircntotdeauna mai mic decacirct randamentul unei mic decacirct randamentul unei maşini termice care lucrează maşini termice care lucrează după un ciclu Carnot icircn acelaşi după un ciclu Carnot icircn acelaşi interval de temperaturăinterval de temperatură

L

Q

Q Q

Q

Q

Q

T

Tu

c

1 2

1

2

1

2

1

1 1

PPrincipiulrincipiul II = II = principiul creşterii principiul creşterii entropieientropiei

Studiul Studiul maşinilor termicemaşinilor termice CCăldura nu poate trece de la sine ăldura nu poate trece de la sine

(spontan) de la un corp rece la unul (spontan) de la un corp rece la unul caldcald (Clausius) (Clausius)

Nu Nu existexistă ă maşini care să producă L maşini care să producă L folosind o singură sursă de căldurăfolosind o singură sursă de căldură (Thomson)(Thomson)

IIntr-o transformare ciclică Q (primit) ntr-o transformare ciclică Q (primit) NUNU poate fi transformat integral icircn L poate fi transformat integral icircn L (efectuat)(efectuat)

QQpp L L Intr-un proces spontan ireversibil se Intr-un proces spontan ireversibil se

produce icircntotdeauna dezordineproduce icircntotdeauna dezordine

Sursa caldă

T1

Sursa receT2

SISTEMU

L = Q1 ndash Q2

Q1 Q2

0SL = Q le 0

ENTROPIAENTROPIA

Reprezintă măsura Reprezintă măsura ldquodezordiniirdquo din sistemldquodezordiniirdquo din sistem Boltzmann Boltzmann S = k ln N

k = constanta lui Boltzmannk = constanta lui Boltzmann N = probabilitatea termodinamicN = probabilitatea termodinamică (numărul de microstări posibile care ă (numărul de microstări posibile care

definesc identic starea macroscopică a sistemului)definesc identic starea macroscopică a sistemului)

Este Este o funco funcţţie deie de stare stare S = f(T) Variaţia de entropie Variaţia de entropie S este egală cu raportul dintre S este egală cu raportul dintre

cantitatea de căldura schimbată şi temperatura la care cantitatea de căldura schimbată şi temperatura la care are loc schimbul)are loc schimbul)

f

i

T

Tif T

dQS

ENERGIA LIBERĂ (Free energy) ENERGIA LIBERĂ (Free energy) ENTALPIA LIBERĂ (Gibbs)ENTALPIA LIBERĂ (Gibbs)

EEnergia liberănergia liberă (F) exprimă (F) exprimă capacitatea efectivă a acestuia de capacitatea efectivă a acestuia de a efectuaa efectua la temperatura la temperatura constanta)constanta) diferite acţiuni tip lucru diferite acţiuni tip lucru (travaliu)(travaliu)

La presiune si temperaturLa presiune si temperatură ă constantă constantă entalpia liberăentalpia liberă (G) (G) exprimă capacitatea reală a unui exprimă capacitatea reală a unui sistem de a efectua travaliusistem de a efectua travaliu

G H T S

U T S F F

G H T S

STUF

CAZURI PARTICULARECAZURI PARTICULARE

Procesele dinProcesele din sisteme izolate sisteme izolate ((U = 0)U = 0) creşterea creşterea SS implică scăderea implică scăderea FF FF devine devine minim icircn stareminim icircn stareaa de de

echilibruechilibru termodinamic termodinamic

Pentru sisteme neizolatePentru sisteme neizolate

F T S 0

T

QS revd

d

irevextirevextext SST

Q

T

QS

T

QS dd

ddd

dd

proceselproceselee iireversibilereversibile

proceselproceselee reversibile reversibile

TERMODINAMICATERMODINAMICA

Studiază transformările reciproce ale Studiază transformările reciproce ale diferitelor forme de energie icircn sisteme diferitelor forme de energie icircn sisteme materiale denumite sisteme termodinamicemateriale denumite sisteme termodinamice

SISTEMUL TERMODINAMIC SISTEMUL TERMODINAMIC Ansamblu de corpuri fizice aflate Ansamblu de corpuri fizice aflate icircicircn interacn interacţţiune iune

energeticenergetică icircntre ele şi cu mediul exterioră icircntre ele şi cu mediul exteriorLimita de separaţie este stabilită arbitrarLimita de separaţie este stabilită arbitrarCondiţia esenţialăCondiţia esenţială ndash ndash număr suficient de mare de număr suficient de mare de

componente pentru a se putea aplica regulile componente pentru a se putea aplica regulile statistice pentru determinarea proprietăţilorstatistice pentru determinarea proprietăţilor

ENERGIAENERGIA ndash concept termodinamic ndash concept termodinamic exprimă icircn mod cantitativ capacitatea sistemelor exprimă icircn mod cantitativ capacitatea sistemelor

materiale de a exercita asupra exteriorului materiale de a exercita asupra exteriorului acţiuniacţiuni mecanice ndash energie cinetică elastică potenţialămecanice ndash energie cinetică elastică potenţială electrice ndash energie electricăelectrice ndash energie electrică nucleare ndash energie atomică nuclearănucleare ndash energie atomică nucleară

ffenomenele enomenele naturale (fizice-chimice) = naturale (fizice-chimice) = deplasare deplasare de energie sauşi substanţă dintr-un loc icircn altul de energie sauşi substanţă dintr-un loc icircn altul determinacircnd modificarea mişcării de agitaţie determinacircnd modificarea mişcării de agitaţie termică prin procese de ciocnire ale particulelor termică prin procese de ciocnire ale particulelor constituente (frecare)constituente (frecare) fenomene termicefenomene termice

TEORIA CINETICO-MOLECULARĂTEORIA CINETICO-MOLECULARĂ

Explică de ce se produc tranformările Explică de ce se produc tranformările termodinamice = agitaţia termică a termodinamice = agitaţia termică a componentelor exercită o acţiune componentelor exercită o acţiune internă asupra limitei de separaţie cu internă asupra limitei de separaţie cu exteriorul ndash exteriorul ndash presiuneapresiunea

Energia cinetică medieEnergia cinetică medie

expresie a mişcării de agitaţie termicăexpresie a mişcării de agitaţie termică Legea Clapeyron-Mendeleev Legea Clapeyron-Mendeleev

(legea gazelor ideale)(legea gazelor ideale)

2

3vm

np

RTpV

kTc 2

3

GAZUL IDEALGAZUL IDEAL

CEL MAI SIMPLU SISTEM TERMODINAMICCEL MAI SIMPLU SISTEM TERMODINAMIC Număr foarte mare de componente = moleculele de gazNumăr foarte mare de componente = moleculele de gaz Componentele sunt considerate punctiforme ndash nu au Componentele sunt considerate punctiforme ndash nu au

volum propriuvolum propriu Componentele nu interacţionează icircntre ele dar Componentele nu interacţionează icircntre ele dar

interacţionează cu pereţii vasuluiinteracţionează cu pereţii vasului Parametrii de stare suntParametrii de stare sunt

EXTENSIVEXTENSIV

INTENSIVINTENSIV

bull Volumul Volumul (m(m33))bull Masa Masa (kmol) (kmol) bull Presiunea Presiunea (Nm(Nm22))bull TemperaturaTemperatura (K) (K)

PARAMETRI TERMODINAMICIPARAMETRI TERMODINAMICI Factorii macroscopiciFactorii macroscopici mărimi fizice măsurabile mărimi fizice măsurabile

care caracterizează un sistem termodinamic şi care caracterizează un sistem termodinamic şi raportul său faţă de corpurile icircnconjurătoareraportul său faţă de corpurile icircnconjurătoare extensiviextensivi pentru determinarea lor este nevoie de tot pentru determinarea lor este nevoie de tot

sistemul ldquoin extensordquo (de ex volumul numărul de moli sistemul ldquoin extensordquo (de ex volumul numărul de moli sarcina electrică şa) sarcina electrică şa)

intensiviintensivi sunt determinaţi de mişcarea şi distribuţia icircn sunt determinaţi de mişcarea şi distribuţia icircn spaţiuspaţiu din interior din interior a particulelor care compun sistemul a particulelor care compun sistemul (de ex densitatea indicele de refracţie presiunea (de ex densitatea indicele de refracţie presiunea temperatura energia internă concentraţia coeficientul temperatura energia internă concentraţia coeficientul de vacircscozitate potenţialul electric şa)de vacircscozitate potenţialul electric şa)

CLASIFICAREA SISTEMELOR CLASIFICAREA SISTEMELOR TERMODINAMICETERMODINAMICE

După relaţia cu exteriorulDupă relaţia cu exteriorul IzolatIzolat

Izolat adiabaticIzolat adiabatic

NeizolateNeizolate InchisInchis DeschisDeschis

DupDupă constituţieă constituţie OmogeneOmogene HeterogeneHeterogene

SISTEMELE BIOLOGICESISTEMELE BIOLOGICE sunt sisteme deschisesunt sisteme deschise icircşi menţin integritatea structurală prin icircşi menţin integritatea structurală prin

consum de energieconsum de energie sunt supuse unei continue reicircnnoiri şi refaceri sunt supuse unei continue reicircnnoiri şi refaceri

structuralestructurale se reproduc evoluează au existenţă limitată icircn timp se reproduc evoluează au existenţă limitată icircn timp

suferă procese de creştere-dezvoltare icircmbătracircnire şi suferă procese de creştere-dezvoltare icircmbătracircnire şi moartemoarte

icircşi menţin homeostazia structuralicircşi menţin homeostazia structurală şi funcţionalăă şi funcţională datorită capacităţii lor de a recepţiona transmite şi datorită capacităţii lor de a recepţiona transmite şi analiza informaţii de a elabora şi transmite comenzi analiza informaţii de a elabora şi transmite comenzi organelor de reacţieorganelor de reacţie

au structură eterogenă au structură eterogenă cu grad ridicat de cu grad ridicat de organizareorganizare

STSTARAREEA A SISTEMULUI SISTEMULUI TERMODINAMICTERMODINAMIC

Totalitatea parametrilor intensivi şi Totalitatea parametrilor intensivi şi extensivi ce caracterizează sistemulextensivi ce caracterizează sistemulStarea de Echilibru TermodinamicStarea de Echilibru Termodinamic

Parametrii intensivi sunt constanţi icircn timp şi spaţiu Parametrii intensivi sunt constanţi icircn timp şi spaţiu ndash nu există diferenţe faţă de exterior sau icircntre ndash nu există diferenţe faţă de exterior sau icircntre diferite componente ale sistemuluidiferite componente ale sistemului

Starea StaţionarăStarea StaţionarăParametrii intensivi sunt constanţi icircn timp dar Parametrii intensivi sunt constanţi icircn timp dar

diferiţi icircn spaţiu ndash există diferenţe dar acestea sunt diferiţi icircn spaţiu ndash există diferenţe dar acestea sunt constanteconstante

CELULA VIE SE AFLĂ IN STARE STAŢIONARĂCELULA VIE SE AFLĂ IN STARE STAŢIONARĂ

PROCESE TERMODINAMICEPROCESE TERMODINAMICE Tansformare de stare = variaţia a cel puţin unui parametru

de stare Presupune fenomene de transport = fluxuri (cantitate ce

traversează unitatea de suprafaţă icircn unitatea de timp) de substanţă de energie

LUCRU (travaliu) = deplasări ordonate macroscopice CĂLDURĂ = deplasări dezordonate termice

Variaţia parametrilor intensivi pe o anumită distanţă = gradienţi termodinamici = forţe termodinamice

Variaţia parametrilor extensivi = fluxuri termodinamice

FORŢEFORŢE FLUXURIFLUXURI

Ex Ex proces proces cvasistaticcvasistatic poate fi reprezentat grafic poate fi reprezentat grafic

Procesul termodinamicProcesul termodinamic = trecerea unui = trecerea unui sistem termodinamic dintr-o stare icircn alta sistem termodinamic dintr-o stare icircn alta de la o stare iniţială către o stare finală de la o stare iniţială către o stare finală urmacircnd o anumită succesiune de stări urmacircnd o anumită succesiune de stări intermediare sau ldquotraiectorierdquointermediare sau ldquotraiectorierdquo

p

V

CLASIFICAREA PROCESELOR TERMODINAMICECLASIFICAREA PROCESELOR TERMODINAMICE

după după modul de variaţie amodul de variaţie a parametrilor de stare parametrilor de stare Diferenţiale ndash Diferenţiale ndash variavariaţii infinitezimaleţii infinitezimale IntegraleIntegrale ndash ndash variaţii finite discretevariaţii finite discrete

după viteza de desfăşuraredupă viteza de desfăşurare CvasistaticeCvasistatice ndash ndash dede echilibruechilibru NestaticeNestatice ndash ndash de ne-echilibrude ne-echilibru

după drumul urmat de procesdupă drumul urmat de proces CicliceCiclice ndash ndash starea finală = starea iniţialăstarea finală = starea iniţială ReversibileReversibile ndash se pot derula de la sine icircn ambele sensurindash se pot derula de la sine icircn ambele sensuri IreversibileIreversibile ndashse pot derula de la sine icircnndashse pot derula de la sine icircntr-un singurtr-un singur sens sens

după parametrul de stare menţinut după parametrul de stare menţinut ccononsstant icircn timpul transformăriitant icircn timpul transformării IzotermeIzoterme ndash T = constndash T = const izocoreizocore ndash V = constndash V = const IzobareIzobare ndash p = const ndash p = const

după energia schimbatădupă energia schimbată Exoterme Exoterme ndash cedează Qndash cedează Q Endoterme Endoterme ndash primesc Qndash primesc Q Adiabatice Adiabatice ndash nu schimbă Qndash nu schimbă Q

FORME ALE SCHIMBULUI DE ENERGIE FORME ALE SCHIMBULUI DE ENERGIE MĂRIMI DE PROCESMĂRIMI DE PROCES

Energia schimbată de un sistem termodinamic cu Energia schimbată de un sistem termodinamic cu exteriorul schimb icircn urma căruia are loc o variaţie a exteriorul schimb icircn urma căruia are loc o variaţie a parametrilor externi parametrilor externi prin prin mişcări ordonate al particulelor al particulelor din sistem din sistem se numeşte se numeşte

lucru (travaliu) (L) Energia schimbată de un sistem termodinamic cu mediul Energia schimbată de un sistem termodinamic cu mediul

exteriorexterior prin prin mişcări dezordonate (de agitaţie termică) a (de agitaţie termică) a particulelor din sistem atunciparticulelor din sistem atunci cacircnd parametrii externi nu cacircnd parametrii externi nu se modifică se numeşte se modifică se numeşte

căldură (Q) Căldura şi lucrul sunt Căldura şi lucrul sunt mărimi de proces ele caracterizacircnd ele caracterizacircnd

o transformare termodinamică suferită de sistem şi o transformare termodinamică suferită de sistem şi NUNU starea sistemuluistarea sistemului

UNITAŢI DE MĂSURĂUNITAŢI DE MĂSURĂ

Toate tipurile de energie se măsoară icircn Toate tipurile de energie se măsoară icircn Joule Joule (J)(J) Unităţi tolerateUnităţi tolerate

CCaloria aloria (1 cal = 418 J) folosită adesea pentru (1 cal = 418 J) folosită adesea pentru sistemele ce au la bază apa (sistemele vii) sistemele ce au la bază apa (sistemele vii) ndash ndash cantitateacantitatea de căldură necesară pentru a ridica temperatura unui de căldură necesară pentru a ridica temperatura unui gram de apă de la 145gram de apă de la 145C la 155C la 155CC

ElectronElectron--voltulvoltul (1 eV = 1610 (1 eV = 1610-19-19 J) pentru cacircmpuri J) pentru cacircmpuri electromagnetice ndash energia necesară pentru a deplasa electromagnetice ndash energia necesară pentru a deplasa un electron icircntr-un cacircmp electric de 1 Voltun electron icircntr-un cacircmp electric de 1 Volt pe distanţa pe distanţa de 1 mde 1 m

Lucrul (travaliul)Lucrul (travaliul) FormFormă a schimbului de energie realizat prin ă a schimbului de energie realizat prin

mişcarea ordonată a materieimişcarea ordonată a materiei lucru mecaniclucru mecanic

Deplasarea unui corp sub acţiunea unei forţe exterioare Deplasarea unui corp sub acţiunea unei forţe exterioare L = F L = F xx

Deformarea unui corp sub acţiunea forţelor interne (termice) Deformarea unui corp sub acţiunea forţelor interne (termice) L = p L = p VV

lucru electric deplasarea sarcinilor electrice sub lucru electric deplasarea sarcinilor electrice sub acţiunea unei diferenţe de potenţialacţiunea unei diferenţe de potenţial

L = U L = U qq lucru chimic deplasarea de substanţă sub efectul lucru chimic deplasarea de substanţă sub efectul

unei diferenţe de potenţial chimic (concentraţie)unei diferenţe de potenţial chimic (concentraţie)L = L =

PostulatePostulatele Termodinamiciile Termodinamicii

Primul postulatPrimul postulat (Boltzmann) (Boltzmann)

dacă sistemul este scos din starea de echilibru dacă sistemul este scos din starea de echilibru şi se izolează de mediul exterior atunci el revine şi se izolează de mediul exterior atunci el revine icircntotdeauna de la sine icircn starea de echilibru şi icircntotdeauna de la sine icircn starea de echilibru şi nu poate ieşi din această stare fără acţiunea nu poate ieşi din această stare fără acţiunea unor forţe exterioareunor forţe exterioare

Postulatul al doileaPostulatul al doilea parametru ce parametru ce caracterizează caracterizează starea destarea de echilibru termicechilibru termic al unui al unui sistem sistem este este temperatura (T)temperatura (T)

TEMPERATURATEMPERATURA

Parametrul ce caracterizează Parametrul ce caracterizează starea destarea de echilibru termicechilibru termic al unui sistem şi care are aceeaşi valoare icircn tot sistemul al unui sistem şi care are aceeaşi valoare icircn tot sistemul independent de numărul de particule din sistem se independent de numărul de particule din sistem se numeşte numeşte temperaturătemperatură

Temperatura este o măsură a intensităţii mişcării de Temperatura este o măsură a intensităţii mişcării de agitaţie termică şi are sens numai pentru sistemele aflate agitaţie termică şi are sens numai pentru sistemele aflate icircn stări de echilibru termic icircn stări de echilibru termic

Temperatura de Temperatura de zero absolutzero absolut (0 grade Kelvin) (0 grade Kelvin) corespunde situaţiei pur ipotetice icircn care icircncetează orice corespunde situaţiei pur ipotetice icircn care icircncetează orice mişcare de agitaţie termicămişcare de agitaţie termică

IIn cursul contactului termic se n cursul contactului termic se realizează schimb de realizează schimb de energie sub formă de energie sub formă de ccăldurăăldură (Q) (Q)

Principiul IPrincipiul I

Principiul conservării energiei e energia nu poate nergia nu poate fi creată din nimic nici nu poate disparefi creată din nimic nici nu poate dispare

Principiul echivalenţei energiei energia energia se se transformă calitativ dintr-o formă icircn alta transformă calitativ dintr-o formă icircn alta conservacircndu-se cantitativconservacircndu-se cantitativ

U = Q ndash L U = Q ndash L

ENERGIA INTERNĂENERGIA INTERNĂ

Suma tuturor energiilor cinetice (de mişcare) şi Suma tuturor energiilor cinetice (de mişcare) şi potenţiale (de interacţiune) a părţilor potenţiale (de interacţiune) a părţilor componente din sistem icircntre ele componente din sistem icircntre ele Energiile legăturilor chimice moleculareEnergiile legăturilor chimice moleculare Energiile legăturilor intermoleculareEnergiile legăturilor intermoleculare Energii atomice submoleculareEnergii atomice submoleculare Energii cinetice (translaţie rotaţie şi vibraţie) de tip Energii cinetice (translaţie rotaţie şi vibraţie) de tip

agitaţie termică la nivel molecular şi atomicagitaţie termică la nivel molecular şi atomic

EEste o funcţie de stareste o funcţie de stare

pt gazul ideal pt gazul ideal U = f(T)U = f(T)

Transformarea ciclicăTransformarea ciclică

UUn sistem poate efectua L numai dacă primeşte n sistem poate efectua L numai dacă primeşte Q din exteriorQ din exterior

imposibilitatea construirii unui ldquoperpetuum imposibilitatea construirii unui ldquoperpetuum mobilerdquo de tipul I adică imposibilitatea construirii mobilerdquo de tipul I adică imposibilitatea construirii unei maşini care să furnizeze lucru util fără să unei maşini care să furnizeze lucru util fără să primească energie din exteriorprimească energie din exterior

Transformarea izobarăTransformarea izobară

2 1 2 1pQ U p V U U p V V

Q U pV U pVP ( ) ( )2 2 1 1

Q H H HP 2 1

ENERGIA INTERNĂENERGIA INTERNĂ () () = ENTALPIE (H) = ENTALPIE (H)

potenpotenţţial utilizabilial utilizabilăă ca ca travaliutravaliu

H = U + pVH = U + pV

In natură majoritatea fenomenelor se petrec cu variaţia volumului dar la presiune constantă de obicei presiunea atmosferică

Principiul IPrincipiul II I

CarnotCarnot ( (18241824) ) randamentulrandamentul unei maşini termice care unei maşini termice care lucrează după un lucrează după un ciclu reversibilciclu reversibil nu depinde de substanţă de nu depinde de substanţă de lucru sau de construcţia maşinii lucru sau de construcţia maşinii ci numai de temperaturile sursei ci numai de temperaturile sursei calde şi sursei recicalde şi sursei reci

RRandamentul oricărei maşini andamentul oricărei maşini termice este icircntotdeauna mai termice este icircntotdeauna mai mic decacirct randamentul unei mic decacirct randamentul unei maşini termice care lucrează maşini termice care lucrează după un ciclu Carnot icircn acelaşi după un ciclu Carnot icircn acelaşi interval de temperaturăinterval de temperatură

L

Q

Q Q

Q

Q

Q

T

Tu

c

1 2

1

2

1

2

1

1 1

PPrincipiulrincipiul II = II = principiul creşterii principiul creşterii entropieientropiei

Studiul Studiul maşinilor termicemaşinilor termice CCăldura nu poate trece de la sine ăldura nu poate trece de la sine

(spontan) de la un corp rece la unul (spontan) de la un corp rece la unul caldcald (Clausius) (Clausius)

Nu Nu existexistă ă maşini care să producă L maşini care să producă L folosind o singură sursă de căldurăfolosind o singură sursă de căldură (Thomson)(Thomson)

IIntr-o transformare ciclică Q (primit) ntr-o transformare ciclică Q (primit) NUNU poate fi transformat integral icircn L poate fi transformat integral icircn L (efectuat)(efectuat)

QQpp L L Intr-un proces spontan ireversibil se Intr-un proces spontan ireversibil se

produce icircntotdeauna dezordineproduce icircntotdeauna dezordine

Sursa caldă

T1

Sursa receT2

SISTEMU

L = Q1 ndash Q2

Q1 Q2

0SL = Q le 0

ENTROPIAENTROPIA

Reprezintă măsura Reprezintă măsura ldquodezordiniirdquo din sistemldquodezordiniirdquo din sistem Boltzmann Boltzmann S = k ln N

k = constanta lui Boltzmannk = constanta lui Boltzmann N = probabilitatea termodinamicN = probabilitatea termodinamică (numărul de microstări posibile care ă (numărul de microstări posibile care

definesc identic starea macroscopică a sistemului)definesc identic starea macroscopică a sistemului)

Este Este o funco funcţţie deie de stare stare S = f(T) Variaţia de entropie Variaţia de entropie S este egală cu raportul dintre S este egală cu raportul dintre

cantitatea de căldura schimbată şi temperatura la care cantitatea de căldura schimbată şi temperatura la care are loc schimbul)are loc schimbul)

f

i

T

Tif T

dQS

ENERGIA LIBERĂ (Free energy) ENERGIA LIBERĂ (Free energy) ENTALPIA LIBERĂ (Gibbs)ENTALPIA LIBERĂ (Gibbs)

EEnergia liberănergia liberă (F) exprimă (F) exprimă capacitatea efectivă a acestuia de capacitatea efectivă a acestuia de a efectuaa efectua la temperatura la temperatura constanta)constanta) diferite acţiuni tip lucru diferite acţiuni tip lucru (travaliu)(travaliu)

La presiune si temperaturLa presiune si temperatură ă constantă constantă entalpia liberăentalpia liberă (G) (G) exprimă capacitatea reală a unui exprimă capacitatea reală a unui sistem de a efectua travaliusistem de a efectua travaliu

G H T S

U T S F F

G H T S

STUF

CAZURI PARTICULARECAZURI PARTICULARE

Procesele dinProcesele din sisteme izolate sisteme izolate ((U = 0)U = 0) creşterea creşterea SS implică scăderea implică scăderea FF FF devine devine minim icircn stareminim icircn stareaa de de

echilibruechilibru termodinamic termodinamic

Pentru sisteme neizolatePentru sisteme neizolate

F T S 0

T

QS revd

d

irevextirevextext SST

Q

T

QS

T

QS dd

ddd

dd

proceselproceselee iireversibilereversibile

proceselproceselee reversibile reversibile

ENERGIAENERGIA ndash concept termodinamic ndash concept termodinamic exprimă icircn mod cantitativ capacitatea sistemelor exprimă icircn mod cantitativ capacitatea sistemelor

materiale de a exercita asupra exteriorului materiale de a exercita asupra exteriorului acţiuniacţiuni mecanice ndash energie cinetică elastică potenţialămecanice ndash energie cinetică elastică potenţială electrice ndash energie electricăelectrice ndash energie electrică nucleare ndash energie atomică nuclearănucleare ndash energie atomică nucleară

ffenomenele enomenele naturale (fizice-chimice) = naturale (fizice-chimice) = deplasare deplasare de energie sauşi substanţă dintr-un loc icircn altul de energie sauşi substanţă dintr-un loc icircn altul determinacircnd modificarea mişcării de agitaţie determinacircnd modificarea mişcării de agitaţie termică prin procese de ciocnire ale particulelor termică prin procese de ciocnire ale particulelor constituente (frecare)constituente (frecare) fenomene termicefenomene termice

TEORIA CINETICO-MOLECULARĂTEORIA CINETICO-MOLECULARĂ

Explică de ce se produc tranformările Explică de ce se produc tranformările termodinamice = agitaţia termică a termodinamice = agitaţia termică a componentelor exercită o acţiune componentelor exercită o acţiune internă asupra limitei de separaţie cu internă asupra limitei de separaţie cu exteriorul ndash exteriorul ndash presiuneapresiunea

Energia cinetică medieEnergia cinetică medie

expresie a mişcării de agitaţie termicăexpresie a mişcării de agitaţie termică Legea Clapeyron-Mendeleev Legea Clapeyron-Mendeleev

(legea gazelor ideale)(legea gazelor ideale)

2

3vm

np

RTpV

kTc 2

3

GAZUL IDEALGAZUL IDEAL

CEL MAI SIMPLU SISTEM TERMODINAMICCEL MAI SIMPLU SISTEM TERMODINAMIC Număr foarte mare de componente = moleculele de gazNumăr foarte mare de componente = moleculele de gaz Componentele sunt considerate punctiforme ndash nu au Componentele sunt considerate punctiforme ndash nu au

volum propriuvolum propriu Componentele nu interacţionează icircntre ele dar Componentele nu interacţionează icircntre ele dar

interacţionează cu pereţii vasuluiinteracţionează cu pereţii vasului Parametrii de stare suntParametrii de stare sunt

EXTENSIVEXTENSIV

INTENSIVINTENSIV

bull Volumul Volumul (m(m33))bull Masa Masa (kmol) (kmol) bull Presiunea Presiunea (Nm(Nm22))bull TemperaturaTemperatura (K) (K)

PARAMETRI TERMODINAMICIPARAMETRI TERMODINAMICI Factorii macroscopiciFactorii macroscopici mărimi fizice măsurabile mărimi fizice măsurabile

care caracterizează un sistem termodinamic şi care caracterizează un sistem termodinamic şi raportul său faţă de corpurile icircnconjurătoareraportul său faţă de corpurile icircnconjurătoare extensiviextensivi pentru determinarea lor este nevoie de tot pentru determinarea lor este nevoie de tot

sistemul ldquoin extensordquo (de ex volumul numărul de moli sistemul ldquoin extensordquo (de ex volumul numărul de moli sarcina electrică şa) sarcina electrică şa)

intensiviintensivi sunt determinaţi de mişcarea şi distribuţia icircn sunt determinaţi de mişcarea şi distribuţia icircn spaţiuspaţiu din interior din interior a particulelor care compun sistemul a particulelor care compun sistemul (de ex densitatea indicele de refracţie presiunea (de ex densitatea indicele de refracţie presiunea temperatura energia internă concentraţia coeficientul temperatura energia internă concentraţia coeficientul de vacircscozitate potenţialul electric şa)de vacircscozitate potenţialul electric şa)

CLASIFICAREA SISTEMELOR CLASIFICAREA SISTEMELOR TERMODINAMICETERMODINAMICE

După relaţia cu exteriorulDupă relaţia cu exteriorul IzolatIzolat

Izolat adiabaticIzolat adiabatic

NeizolateNeizolate InchisInchis DeschisDeschis

DupDupă constituţieă constituţie OmogeneOmogene HeterogeneHeterogene

SISTEMELE BIOLOGICESISTEMELE BIOLOGICE sunt sisteme deschisesunt sisteme deschise icircşi menţin integritatea structurală prin icircşi menţin integritatea structurală prin

consum de energieconsum de energie sunt supuse unei continue reicircnnoiri şi refaceri sunt supuse unei continue reicircnnoiri şi refaceri

structuralestructurale se reproduc evoluează au existenţă limitată icircn timp se reproduc evoluează au existenţă limitată icircn timp

suferă procese de creştere-dezvoltare icircmbătracircnire şi suferă procese de creştere-dezvoltare icircmbătracircnire şi moartemoarte

icircşi menţin homeostazia structuralicircşi menţin homeostazia structurală şi funcţionalăă şi funcţională datorită capacităţii lor de a recepţiona transmite şi datorită capacităţii lor de a recepţiona transmite şi analiza informaţii de a elabora şi transmite comenzi analiza informaţii de a elabora şi transmite comenzi organelor de reacţieorganelor de reacţie

au structură eterogenă au structură eterogenă cu grad ridicat de cu grad ridicat de organizareorganizare

STSTARAREEA A SISTEMULUI SISTEMULUI TERMODINAMICTERMODINAMIC

Totalitatea parametrilor intensivi şi Totalitatea parametrilor intensivi şi extensivi ce caracterizează sistemulextensivi ce caracterizează sistemulStarea de Echilibru TermodinamicStarea de Echilibru Termodinamic

Parametrii intensivi sunt constanţi icircn timp şi spaţiu Parametrii intensivi sunt constanţi icircn timp şi spaţiu ndash nu există diferenţe faţă de exterior sau icircntre ndash nu există diferenţe faţă de exterior sau icircntre diferite componente ale sistemuluidiferite componente ale sistemului

Starea StaţionarăStarea StaţionarăParametrii intensivi sunt constanţi icircn timp dar Parametrii intensivi sunt constanţi icircn timp dar

diferiţi icircn spaţiu ndash există diferenţe dar acestea sunt diferiţi icircn spaţiu ndash există diferenţe dar acestea sunt constanteconstante

CELULA VIE SE AFLĂ IN STARE STAŢIONARĂCELULA VIE SE AFLĂ IN STARE STAŢIONARĂ

PROCESE TERMODINAMICEPROCESE TERMODINAMICE Tansformare de stare = variaţia a cel puţin unui parametru

de stare Presupune fenomene de transport = fluxuri (cantitate ce

traversează unitatea de suprafaţă icircn unitatea de timp) de substanţă de energie

LUCRU (travaliu) = deplasări ordonate macroscopice CĂLDURĂ = deplasări dezordonate termice

Variaţia parametrilor intensivi pe o anumită distanţă = gradienţi termodinamici = forţe termodinamice

Variaţia parametrilor extensivi = fluxuri termodinamice

FORŢEFORŢE FLUXURIFLUXURI

Ex Ex proces proces cvasistaticcvasistatic poate fi reprezentat grafic poate fi reprezentat grafic

Procesul termodinamicProcesul termodinamic = trecerea unui = trecerea unui sistem termodinamic dintr-o stare icircn alta sistem termodinamic dintr-o stare icircn alta de la o stare iniţială către o stare finală de la o stare iniţială către o stare finală urmacircnd o anumită succesiune de stări urmacircnd o anumită succesiune de stări intermediare sau ldquotraiectorierdquointermediare sau ldquotraiectorierdquo

p

V

CLASIFICAREA PROCESELOR TERMODINAMICECLASIFICAREA PROCESELOR TERMODINAMICE

după după modul de variaţie amodul de variaţie a parametrilor de stare parametrilor de stare Diferenţiale ndash Diferenţiale ndash variavariaţii infinitezimaleţii infinitezimale IntegraleIntegrale ndash ndash variaţii finite discretevariaţii finite discrete

după viteza de desfăşuraredupă viteza de desfăşurare CvasistaticeCvasistatice ndash ndash dede echilibruechilibru NestaticeNestatice ndash ndash de ne-echilibrude ne-echilibru

după drumul urmat de procesdupă drumul urmat de proces CicliceCiclice ndash ndash starea finală = starea iniţialăstarea finală = starea iniţială ReversibileReversibile ndash se pot derula de la sine icircn ambele sensurindash se pot derula de la sine icircn ambele sensuri IreversibileIreversibile ndashse pot derula de la sine icircnndashse pot derula de la sine icircntr-un singurtr-un singur sens sens

după parametrul de stare menţinut după parametrul de stare menţinut ccononsstant icircn timpul transformăriitant icircn timpul transformării IzotermeIzoterme ndash T = constndash T = const izocoreizocore ndash V = constndash V = const IzobareIzobare ndash p = const ndash p = const

după energia schimbatădupă energia schimbată Exoterme Exoterme ndash cedează Qndash cedează Q Endoterme Endoterme ndash primesc Qndash primesc Q Adiabatice Adiabatice ndash nu schimbă Qndash nu schimbă Q

FORME ALE SCHIMBULUI DE ENERGIE FORME ALE SCHIMBULUI DE ENERGIE MĂRIMI DE PROCESMĂRIMI DE PROCES

Energia schimbată de un sistem termodinamic cu Energia schimbată de un sistem termodinamic cu exteriorul schimb icircn urma căruia are loc o variaţie a exteriorul schimb icircn urma căruia are loc o variaţie a parametrilor externi parametrilor externi prin prin mişcări ordonate al particulelor al particulelor din sistem din sistem se numeşte se numeşte

lucru (travaliu) (L) Energia schimbată de un sistem termodinamic cu mediul Energia schimbată de un sistem termodinamic cu mediul

exteriorexterior prin prin mişcări dezordonate (de agitaţie termică) a (de agitaţie termică) a particulelor din sistem atunciparticulelor din sistem atunci cacircnd parametrii externi nu cacircnd parametrii externi nu se modifică se numeşte se modifică se numeşte

căldură (Q) Căldura şi lucrul sunt Căldura şi lucrul sunt mărimi de proces ele caracterizacircnd ele caracterizacircnd

o transformare termodinamică suferită de sistem şi o transformare termodinamică suferită de sistem şi NUNU starea sistemuluistarea sistemului

UNITAŢI DE MĂSURĂUNITAŢI DE MĂSURĂ

Toate tipurile de energie se măsoară icircn Toate tipurile de energie se măsoară icircn Joule Joule (J)(J) Unităţi tolerateUnităţi tolerate

CCaloria aloria (1 cal = 418 J) folosită adesea pentru (1 cal = 418 J) folosită adesea pentru sistemele ce au la bază apa (sistemele vii) sistemele ce au la bază apa (sistemele vii) ndash ndash cantitateacantitatea de căldură necesară pentru a ridica temperatura unui de căldură necesară pentru a ridica temperatura unui gram de apă de la 145gram de apă de la 145C la 155C la 155CC

ElectronElectron--voltulvoltul (1 eV = 1610 (1 eV = 1610-19-19 J) pentru cacircmpuri J) pentru cacircmpuri electromagnetice ndash energia necesară pentru a deplasa electromagnetice ndash energia necesară pentru a deplasa un electron icircntr-un cacircmp electric de 1 Voltun electron icircntr-un cacircmp electric de 1 Volt pe distanţa pe distanţa de 1 mde 1 m

Lucrul (travaliul)Lucrul (travaliul) FormFormă a schimbului de energie realizat prin ă a schimbului de energie realizat prin

mişcarea ordonată a materieimişcarea ordonată a materiei lucru mecaniclucru mecanic

Deplasarea unui corp sub acţiunea unei forţe exterioare Deplasarea unui corp sub acţiunea unei forţe exterioare L = F L = F xx

Deformarea unui corp sub acţiunea forţelor interne (termice) Deformarea unui corp sub acţiunea forţelor interne (termice) L = p L = p VV

lucru electric deplasarea sarcinilor electrice sub lucru electric deplasarea sarcinilor electrice sub acţiunea unei diferenţe de potenţialacţiunea unei diferenţe de potenţial

L = U L = U qq lucru chimic deplasarea de substanţă sub efectul lucru chimic deplasarea de substanţă sub efectul

unei diferenţe de potenţial chimic (concentraţie)unei diferenţe de potenţial chimic (concentraţie)L = L =

PostulatePostulatele Termodinamiciile Termodinamicii

Primul postulatPrimul postulat (Boltzmann) (Boltzmann)

dacă sistemul este scos din starea de echilibru dacă sistemul este scos din starea de echilibru şi se izolează de mediul exterior atunci el revine şi se izolează de mediul exterior atunci el revine icircntotdeauna de la sine icircn starea de echilibru şi icircntotdeauna de la sine icircn starea de echilibru şi nu poate ieşi din această stare fără acţiunea nu poate ieşi din această stare fără acţiunea unor forţe exterioareunor forţe exterioare

Postulatul al doileaPostulatul al doilea parametru ce parametru ce caracterizează caracterizează starea destarea de echilibru termicechilibru termic al unui al unui sistem sistem este este temperatura (T)temperatura (T)

TEMPERATURATEMPERATURA

Parametrul ce caracterizează Parametrul ce caracterizează starea destarea de echilibru termicechilibru termic al unui sistem şi care are aceeaşi valoare icircn tot sistemul al unui sistem şi care are aceeaşi valoare icircn tot sistemul independent de numărul de particule din sistem se independent de numărul de particule din sistem se numeşte numeşte temperaturătemperatură

Temperatura este o măsură a intensităţii mişcării de Temperatura este o măsură a intensităţii mişcării de agitaţie termică şi are sens numai pentru sistemele aflate agitaţie termică şi are sens numai pentru sistemele aflate icircn stări de echilibru termic icircn stări de echilibru termic

Temperatura de Temperatura de zero absolutzero absolut (0 grade Kelvin) (0 grade Kelvin) corespunde situaţiei pur ipotetice icircn care icircncetează orice corespunde situaţiei pur ipotetice icircn care icircncetează orice mişcare de agitaţie termicămişcare de agitaţie termică

IIn cursul contactului termic se n cursul contactului termic se realizează schimb de realizează schimb de energie sub formă de energie sub formă de ccăldurăăldură (Q) (Q)

Principiul IPrincipiul I

Principiul conservării energiei e energia nu poate nergia nu poate fi creată din nimic nici nu poate disparefi creată din nimic nici nu poate dispare

Principiul echivalenţei energiei energia energia se se transformă calitativ dintr-o formă icircn alta transformă calitativ dintr-o formă icircn alta conservacircndu-se cantitativconservacircndu-se cantitativ

U = Q ndash L U = Q ndash L

ENERGIA INTERNĂENERGIA INTERNĂ

Suma tuturor energiilor cinetice (de mişcare) şi Suma tuturor energiilor cinetice (de mişcare) şi potenţiale (de interacţiune) a părţilor potenţiale (de interacţiune) a părţilor componente din sistem icircntre ele componente din sistem icircntre ele Energiile legăturilor chimice moleculareEnergiile legăturilor chimice moleculare Energiile legăturilor intermoleculareEnergiile legăturilor intermoleculare Energii atomice submoleculareEnergii atomice submoleculare Energii cinetice (translaţie rotaţie şi vibraţie) de tip Energii cinetice (translaţie rotaţie şi vibraţie) de tip

agitaţie termică la nivel molecular şi atomicagitaţie termică la nivel molecular şi atomic

EEste o funcţie de stareste o funcţie de stare

pt gazul ideal pt gazul ideal U = f(T)U = f(T)

Transformarea ciclicăTransformarea ciclică

UUn sistem poate efectua L numai dacă primeşte n sistem poate efectua L numai dacă primeşte Q din exteriorQ din exterior

imposibilitatea construirii unui ldquoperpetuum imposibilitatea construirii unui ldquoperpetuum mobilerdquo de tipul I adică imposibilitatea construirii mobilerdquo de tipul I adică imposibilitatea construirii unei maşini care să furnizeze lucru util fără să unei maşini care să furnizeze lucru util fără să primească energie din exteriorprimească energie din exterior

Transformarea izobarăTransformarea izobară

2 1 2 1pQ U p V U U p V V

Q U pV U pVP ( ) ( )2 2 1 1

Q H H HP 2 1

ENERGIA INTERNĂENERGIA INTERNĂ () () = ENTALPIE (H) = ENTALPIE (H)

potenpotenţţial utilizabilial utilizabilăă ca ca travaliutravaliu

H = U + pVH = U + pV

In natură majoritatea fenomenelor se petrec cu variaţia volumului dar la presiune constantă de obicei presiunea atmosferică

Principiul IPrincipiul II I

CarnotCarnot ( (18241824) ) randamentulrandamentul unei maşini termice care unei maşini termice care lucrează după un lucrează după un ciclu reversibilciclu reversibil nu depinde de substanţă de nu depinde de substanţă de lucru sau de construcţia maşinii lucru sau de construcţia maşinii ci numai de temperaturile sursei ci numai de temperaturile sursei calde şi sursei recicalde şi sursei reci

RRandamentul oricărei maşini andamentul oricărei maşini termice este icircntotdeauna mai termice este icircntotdeauna mai mic decacirct randamentul unei mic decacirct randamentul unei maşini termice care lucrează maşini termice care lucrează după un ciclu Carnot icircn acelaşi după un ciclu Carnot icircn acelaşi interval de temperaturăinterval de temperatură

L

Q

Q Q

Q

Q

Q

T

Tu

c

1 2

1

2

1

2

1

1 1

PPrincipiulrincipiul II = II = principiul creşterii principiul creşterii entropieientropiei

Studiul Studiul maşinilor termicemaşinilor termice CCăldura nu poate trece de la sine ăldura nu poate trece de la sine

(spontan) de la un corp rece la unul (spontan) de la un corp rece la unul caldcald (Clausius) (Clausius)

Nu Nu existexistă ă maşini care să producă L maşini care să producă L folosind o singură sursă de căldurăfolosind o singură sursă de căldură (Thomson)(Thomson)

IIntr-o transformare ciclică Q (primit) ntr-o transformare ciclică Q (primit) NUNU poate fi transformat integral icircn L poate fi transformat integral icircn L (efectuat)(efectuat)

QQpp L L Intr-un proces spontan ireversibil se Intr-un proces spontan ireversibil se

produce icircntotdeauna dezordineproduce icircntotdeauna dezordine

Sursa caldă

T1

Sursa receT2

SISTEMU

L = Q1 ndash Q2

Q1 Q2

0SL = Q le 0

ENTROPIAENTROPIA

Reprezintă măsura Reprezintă măsura ldquodezordiniirdquo din sistemldquodezordiniirdquo din sistem Boltzmann Boltzmann S = k ln N

k = constanta lui Boltzmannk = constanta lui Boltzmann N = probabilitatea termodinamicN = probabilitatea termodinamică (numărul de microstări posibile care ă (numărul de microstări posibile care

definesc identic starea macroscopică a sistemului)definesc identic starea macroscopică a sistemului)

Este Este o funco funcţţie deie de stare stare S = f(T) Variaţia de entropie Variaţia de entropie S este egală cu raportul dintre S este egală cu raportul dintre

cantitatea de căldura schimbată şi temperatura la care cantitatea de căldura schimbată şi temperatura la care are loc schimbul)are loc schimbul)

f

i

T

Tif T

dQS

ENERGIA LIBERĂ (Free energy) ENERGIA LIBERĂ (Free energy) ENTALPIA LIBERĂ (Gibbs)ENTALPIA LIBERĂ (Gibbs)

EEnergia liberănergia liberă (F) exprimă (F) exprimă capacitatea efectivă a acestuia de capacitatea efectivă a acestuia de a efectuaa efectua la temperatura la temperatura constanta)constanta) diferite acţiuni tip lucru diferite acţiuni tip lucru (travaliu)(travaliu)

La presiune si temperaturLa presiune si temperatură ă constantă constantă entalpia liberăentalpia liberă (G) (G) exprimă capacitatea reală a unui exprimă capacitatea reală a unui sistem de a efectua travaliusistem de a efectua travaliu

G H T S

U T S F F

G H T S

STUF

CAZURI PARTICULARECAZURI PARTICULARE

Procesele dinProcesele din sisteme izolate sisteme izolate ((U = 0)U = 0) creşterea creşterea SS implică scăderea implică scăderea FF FF devine devine minim icircn stareminim icircn stareaa de de

echilibruechilibru termodinamic termodinamic

Pentru sisteme neizolatePentru sisteme neizolate

F T S 0

T

QS revd

d

irevextirevextext SST

Q

T

QS

T

QS dd

ddd

dd

proceselproceselee iireversibilereversibile

proceselproceselee reversibile reversibile

TEORIA CINETICO-MOLECULARĂTEORIA CINETICO-MOLECULARĂ

Explică de ce se produc tranformările Explică de ce se produc tranformările termodinamice = agitaţia termică a termodinamice = agitaţia termică a componentelor exercită o acţiune componentelor exercită o acţiune internă asupra limitei de separaţie cu internă asupra limitei de separaţie cu exteriorul ndash exteriorul ndash presiuneapresiunea

Energia cinetică medieEnergia cinetică medie

expresie a mişcării de agitaţie termicăexpresie a mişcării de agitaţie termică Legea Clapeyron-Mendeleev Legea Clapeyron-Mendeleev

(legea gazelor ideale)(legea gazelor ideale)

2

3vm

np

RTpV

kTc 2

3

GAZUL IDEALGAZUL IDEAL

CEL MAI SIMPLU SISTEM TERMODINAMICCEL MAI SIMPLU SISTEM TERMODINAMIC Număr foarte mare de componente = moleculele de gazNumăr foarte mare de componente = moleculele de gaz Componentele sunt considerate punctiforme ndash nu au Componentele sunt considerate punctiforme ndash nu au

volum propriuvolum propriu Componentele nu interacţionează icircntre ele dar Componentele nu interacţionează icircntre ele dar

interacţionează cu pereţii vasuluiinteracţionează cu pereţii vasului Parametrii de stare suntParametrii de stare sunt

EXTENSIVEXTENSIV

INTENSIVINTENSIV

bull Volumul Volumul (m(m33))bull Masa Masa (kmol) (kmol) bull Presiunea Presiunea (Nm(Nm22))bull TemperaturaTemperatura (K) (K)

PARAMETRI TERMODINAMICIPARAMETRI TERMODINAMICI Factorii macroscopiciFactorii macroscopici mărimi fizice măsurabile mărimi fizice măsurabile

care caracterizează un sistem termodinamic şi care caracterizează un sistem termodinamic şi raportul său faţă de corpurile icircnconjurătoareraportul său faţă de corpurile icircnconjurătoare extensiviextensivi pentru determinarea lor este nevoie de tot pentru determinarea lor este nevoie de tot

sistemul ldquoin extensordquo (de ex volumul numărul de moli sistemul ldquoin extensordquo (de ex volumul numărul de moli sarcina electrică şa) sarcina electrică şa)

intensiviintensivi sunt determinaţi de mişcarea şi distribuţia icircn sunt determinaţi de mişcarea şi distribuţia icircn spaţiuspaţiu din interior din interior a particulelor care compun sistemul a particulelor care compun sistemul (de ex densitatea indicele de refracţie presiunea (de ex densitatea indicele de refracţie presiunea temperatura energia internă concentraţia coeficientul temperatura energia internă concentraţia coeficientul de vacircscozitate potenţialul electric şa)de vacircscozitate potenţialul electric şa)

CLASIFICAREA SISTEMELOR CLASIFICAREA SISTEMELOR TERMODINAMICETERMODINAMICE

După relaţia cu exteriorulDupă relaţia cu exteriorul IzolatIzolat

Izolat adiabaticIzolat adiabatic

NeizolateNeizolate InchisInchis DeschisDeschis

DupDupă constituţieă constituţie OmogeneOmogene HeterogeneHeterogene

SISTEMELE BIOLOGICESISTEMELE BIOLOGICE sunt sisteme deschisesunt sisteme deschise icircşi menţin integritatea structurală prin icircşi menţin integritatea structurală prin

consum de energieconsum de energie sunt supuse unei continue reicircnnoiri şi refaceri sunt supuse unei continue reicircnnoiri şi refaceri

structuralestructurale se reproduc evoluează au existenţă limitată icircn timp se reproduc evoluează au existenţă limitată icircn timp

suferă procese de creştere-dezvoltare icircmbătracircnire şi suferă procese de creştere-dezvoltare icircmbătracircnire şi moartemoarte

icircşi menţin homeostazia structuralicircşi menţin homeostazia structurală şi funcţionalăă şi funcţională datorită capacităţii lor de a recepţiona transmite şi datorită capacităţii lor de a recepţiona transmite şi analiza informaţii de a elabora şi transmite comenzi analiza informaţii de a elabora şi transmite comenzi organelor de reacţieorganelor de reacţie

au structură eterogenă au structură eterogenă cu grad ridicat de cu grad ridicat de organizareorganizare

STSTARAREEA A SISTEMULUI SISTEMULUI TERMODINAMICTERMODINAMIC

Totalitatea parametrilor intensivi şi Totalitatea parametrilor intensivi şi extensivi ce caracterizează sistemulextensivi ce caracterizează sistemulStarea de Echilibru TermodinamicStarea de Echilibru Termodinamic

Parametrii intensivi sunt constanţi icircn timp şi spaţiu Parametrii intensivi sunt constanţi icircn timp şi spaţiu ndash nu există diferenţe faţă de exterior sau icircntre ndash nu există diferenţe faţă de exterior sau icircntre diferite componente ale sistemuluidiferite componente ale sistemului

Starea StaţionarăStarea StaţionarăParametrii intensivi sunt constanţi icircn timp dar Parametrii intensivi sunt constanţi icircn timp dar

diferiţi icircn spaţiu ndash există diferenţe dar acestea sunt diferiţi icircn spaţiu ndash există diferenţe dar acestea sunt constanteconstante

CELULA VIE SE AFLĂ IN STARE STAŢIONARĂCELULA VIE SE AFLĂ IN STARE STAŢIONARĂ

PROCESE TERMODINAMICEPROCESE TERMODINAMICE Tansformare de stare = variaţia a cel puţin unui parametru

de stare Presupune fenomene de transport = fluxuri (cantitate ce

traversează unitatea de suprafaţă icircn unitatea de timp) de substanţă de energie

LUCRU (travaliu) = deplasări ordonate macroscopice CĂLDURĂ = deplasări dezordonate termice

Variaţia parametrilor intensivi pe o anumită distanţă = gradienţi termodinamici = forţe termodinamice

Variaţia parametrilor extensivi = fluxuri termodinamice

FORŢEFORŢE FLUXURIFLUXURI

Ex Ex proces proces cvasistaticcvasistatic poate fi reprezentat grafic poate fi reprezentat grafic

Procesul termodinamicProcesul termodinamic = trecerea unui = trecerea unui sistem termodinamic dintr-o stare icircn alta sistem termodinamic dintr-o stare icircn alta de la o stare iniţială către o stare finală de la o stare iniţială către o stare finală urmacircnd o anumită succesiune de stări urmacircnd o anumită succesiune de stări intermediare sau ldquotraiectorierdquointermediare sau ldquotraiectorierdquo

p

V

CLASIFICAREA PROCESELOR TERMODINAMICECLASIFICAREA PROCESELOR TERMODINAMICE

după după modul de variaţie amodul de variaţie a parametrilor de stare parametrilor de stare Diferenţiale ndash Diferenţiale ndash variavariaţii infinitezimaleţii infinitezimale IntegraleIntegrale ndash ndash variaţii finite discretevariaţii finite discrete

după viteza de desfăşuraredupă viteza de desfăşurare CvasistaticeCvasistatice ndash ndash dede echilibruechilibru NestaticeNestatice ndash ndash de ne-echilibrude ne-echilibru

după drumul urmat de procesdupă drumul urmat de proces CicliceCiclice ndash ndash starea finală = starea iniţialăstarea finală = starea iniţială ReversibileReversibile ndash se pot derula de la sine icircn ambele sensurindash se pot derula de la sine icircn ambele sensuri IreversibileIreversibile ndashse pot derula de la sine icircnndashse pot derula de la sine icircntr-un singurtr-un singur sens sens

după parametrul de stare menţinut după parametrul de stare menţinut ccononsstant icircn timpul transformăriitant icircn timpul transformării IzotermeIzoterme ndash T = constndash T = const izocoreizocore ndash V = constndash V = const IzobareIzobare ndash p = const ndash p = const

după energia schimbatădupă energia schimbată Exoterme Exoterme ndash cedează Qndash cedează Q Endoterme Endoterme ndash primesc Qndash primesc Q Adiabatice Adiabatice ndash nu schimbă Qndash nu schimbă Q

FORME ALE SCHIMBULUI DE ENERGIE FORME ALE SCHIMBULUI DE ENERGIE MĂRIMI DE PROCESMĂRIMI DE PROCES

Energia schimbată de un sistem termodinamic cu Energia schimbată de un sistem termodinamic cu exteriorul schimb icircn urma căruia are loc o variaţie a exteriorul schimb icircn urma căruia are loc o variaţie a parametrilor externi parametrilor externi prin prin mişcări ordonate al particulelor al particulelor din sistem din sistem se numeşte se numeşte

lucru (travaliu) (L) Energia schimbată de un sistem termodinamic cu mediul Energia schimbată de un sistem termodinamic cu mediul

exteriorexterior prin prin mişcări dezordonate (de agitaţie termică) a (de agitaţie termică) a particulelor din sistem atunciparticulelor din sistem atunci cacircnd parametrii externi nu cacircnd parametrii externi nu se modifică se numeşte se modifică se numeşte

căldură (Q) Căldura şi lucrul sunt Căldura şi lucrul sunt mărimi de proces ele caracterizacircnd ele caracterizacircnd

o transformare termodinamică suferită de sistem şi o transformare termodinamică suferită de sistem şi NUNU starea sistemuluistarea sistemului

UNITAŢI DE MĂSURĂUNITAŢI DE MĂSURĂ

Toate tipurile de energie se măsoară icircn Toate tipurile de energie se măsoară icircn Joule Joule (J)(J) Unităţi tolerateUnităţi tolerate

CCaloria aloria (1 cal = 418 J) folosită adesea pentru (1 cal = 418 J) folosită adesea pentru sistemele ce au la bază apa (sistemele vii) sistemele ce au la bază apa (sistemele vii) ndash ndash cantitateacantitatea de căldură necesară pentru a ridica temperatura unui de căldură necesară pentru a ridica temperatura unui gram de apă de la 145gram de apă de la 145C la 155C la 155CC

ElectronElectron--voltulvoltul (1 eV = 1610 (1 eV = 1610-19-19 J) pentru cacircmpuri J) pentru cacircmpuri electromagnetice ndash energia necesară pentru a deplasa electromagnetice ndash energia necesară pentru a deplasa un electron icircntr-un cacircmp electric de 1 Voltun electron icircntr-un cacircmp electric de 1 Volt pe distanţa pe distanţa de 1 mde 1 m

Lucrul (travaliul)Lucrul (travaliul) FormFormă a schimbului de energie realizat prin ă a schimbului de energie realizat prin

mişcarea ordonată a materieimişcarea ordonată a materiei lucru mecaniclucru mecanic

Deplasarea unui corp sub acţiunea unei forţe exterioare Deplasarea unui corp sub acţiunea unei forţe exterioare L = F L = F xx

Deformarea unui corp sub acţiunea forţelor interne (termice) Deformarea unui corp sub acţiunea forţelor interne (termice) L = p L = p VV

lucru electric deplasarea sarcinilor electrice sub lucru electric deplasarea sarcinilor electrice sub acţiunea unei diferenţe de potenţialacţiunea unei diferenţe de potenţial

L = U L = U qq lucru chimic deplasarea de substanţă sub efectul lucru chimic deplasarea de substanţă sub efectul

unei diferenţe de potenţial chimic (concentraţie)unei diferenţe de potenţial chimic (concentraţie)L = L =

PostulatePostulatele Termodinamiciile Termodinamicii

Primul postulatPrimul postulat (Boltzmann) (Boltzmann)

dacă sistemul este scos din starea de echilibru dacă sistemul este scos din starea de echilibru şi se izolează de mediul exterior atunci el revine şi se izolează de mediul exterior atunci el revine icircntotdeauna de la sine icircn starea de echilibru şi icircntotdeauna de la sine icircn starea de echilibru şi nu poate ieşi din această stare fără acţiunea nu poate ieşi din această stare fără acţiunea unor forţe exterioareunor forţe exterioare

Postulatul al doileaPostulatul al doilea parametru ce parametru ce caracterizează caracterizează starea destarea de echilibru termicechilibru termic al unui al unui sistem sistem este este temperatura (T)temperatura (T)

TEMPERATURATEMPERATURA

Parametrul ce caracterizează Parametrul ce caracterizează starea destarea de echilibru termicechilibru termic al unui sistem şi care are aceeaşi valoare icircn tot sistemul al unui sistem şi care are aceeaşi valoare icircn tot sistemul independent de numărul de particule din sistem se independent de numărul de particule din sistem se numeşte numeşte temperaturătemperatură

Temperatura este o măsură a intensităţii mişcării de Temperatura este o măsură a intensităţii mişcării de agitaţie termică şi are sens numai pentru sistemele aflate agitaţie termică şi are sens numai pentru sistemele aflate icircn stări de echilibru termic icircn stări de echilibru termic

Temperatura de Temperatura de zero absolutzero absolut (0 grade Kelvin) (0 grade Kelvin) corespunde situaţiei pur ipotetice icircn care icircncetează orice corespunde situaţiei pur ipotetice icircn care icircncetează orice mişcare de agitaţie termicămişcare de agitaţie termică

IIn cursul contactului termic se n cursul contactului termic se realizează schimb de realizează schimb de energie sub formă de energie sub formă de ccăldurăăldură (Q) (Q)

Principiul IPrincipiul I

Principiul conservării energiei e energia nu poate nergia nu poate fi creată din nimic nici nu poate disparefi creată din nimic nici nu poate dispare

Principiul echivalenţei energiei energia energia se se transformă calitativ dintr-o formă icircn alta transformă calitativ dintr-o formă icircn alta conservacircndu-se cantitativconservacircndu-se cantitativ

U = Q ndash L U = Q ndash L

ENERGIA INTERNĂENERGIA INTERNĂ

Suma tuturor energiilor cinetice (de mişcare) şi Suma tuturor energiilor cinetice (de mişcare) şi potenţiale (de interacţiune) a părţilor potenţiale (de interacţiune) a părţilor componente din sistem icircntre ele componente din sistem icircntre ele Energiile legăturilor chimice moleculareEnergiile legăturilor chimice moleculare Energiile legăturilor intermoleculareEnergiile legăturilor intermoleculare Energii atomice submoleculareEnergii atomice submoleculare Energii cinetice (translaţie rotaţie şi vibraţie) de tip Energii cinetice (translaţie rotaţie şi vibraţie) de tip

agitaţie termică la nivel molecular şi atomicagitaţie termică la nivel molecular şi atomic

EEste o funcţie de stareste o funcţie de stare

pt gazul ideal pt gazul ideal U = f(T)U = f(T)

Transformarea ciclicăTransformarea ciclică

UUn sistem poate efectua L numai dacă primeşte n sistem poate efectua L numai dacă primeşte Q din exteriorQ din exterior

imposibilitatea construirii unui ldquoperpetuum imposibilitatea construirii unui ldquoperpetuum mobilerdquo de tipul I adică imposibilitatea construirii mobilerdquo de tipul I adică imposibilitatea construirii unei maşini care să furnizeze lucru util fără să unei maşini care să furnizeze lucru util fără să primească energie din exteriorprimească energie din exterior

Transformarea izobarăTransformarea izobară

2 1 2 1pQ U p V U U p V V

Q U pV U pVP ( ) ( )2 2 1 1

Q H H HP 2 1

ENERGIA INTERNĂENERGIA INTERNĂ () () = ENTALPIE (H) = ENTALPIE (H)

potenpotenţţial utilizabilial utilizabilăă ca ca travaliutravaliu

H = U + pVH = U + pV

In natură majoritatea fenomenelor se petrec cu variaţia volumului dar la presiune constantă de obicei presiunea atmosferică

Principiul IPrincipiul II I

CarnotCarnot ( (18241824) ) randamentulrandamentul unei maşini termice care unei maşini termice care lucrează după un lucrează după un ciclu reversibilciclu reversibil nu depinde de substanţă de nu depinde de substanţă de lucru sau de construcţia maşinii lucru sau de construcţia maşinii ci numai de temperaturile sursei ci numai de temperaturile sursei calde şi sursei recicalde şi sursei reci

RRandamentul oricărei maşini andamentul oricărei maşini termice este icircntotdeauna mai termice este icircntotdeauna mai mic decacirct randamentul unei mic decacirct randamentul unei maşini termice care lucrează maşini termice care lucrează după un ciclu Carnot icircn acelaşi după un ciclu Carnot icircn acelaşi interval de temperaturăinterval de temperatură

L

Q

Q Q

Q

Q

Q

T

Tu

c

1 2

1

2

1

2

1

1 1

PPrincipiulrincipiul II = II = principiul creşterii principiul creşterii entropieientropiei

Studiul Studiul maşinilor termicemaşinilor termice CCăldura nu poate trece de la sine ăldura nu poate trece de la sine

(spontan) de la un corp rece la unul (spontan) de la un corp rece la unul caldcald (Clausius) (Clausius)

Nu Nu existexistă ă maşini care să producă L maşini care să producă L folosind o singură sursă de căldurăfolosind o singură sursă de căldură (Thomson)(Thomson)

IIntr-o transformare ciclică Q (primit) ntr-o transformare ciclică Q (primit) NUNU poate fi transformat integral icircn L poate fi transformat integral icircn L (efectuat)(efectuat)

QQpp L L Intr-un proces spontan ireversibil se Intr-un proces spontan ireversibil se

produce icircntotdeauna dezordineproduce icircntotdeauna dezordine

Sursa caldă

T1

Sursa receT2

SISTEMU

L = Q1 ndash Q2

Q1 Q2

0SL = Q le 0

ENTROPIAENTROPIA

Reprezintă măsura Reprezintă măsura ldquodezordiniirdquo din sistemldquodezordiniirdquo din sistem Boltzmann Boltzmann S = k ln N

k = constanta lui Boltzmannk = constanta lui Boltzmann N = probabilitatea termodinamicN = probabilitatea termodinamică (numărul de microstări posibile care ă (numărul de microstări posibile care

definesc identic starea macroscopică a sistemului)definesc identic starea macroscopică a sistemului)

Este Este o funco funcţţie deie de stare stare S = f(T) Variaţia de entropie Variaţia de entropie S este egală cu raportul dintre S este egală cu raportul dintre

cantitatea de căldura schimbată şi temperatura la care cantitatea de căldura schimbată şi temperatura la care are loc schimbul)are loc schimbul)

f

i

T

Tif T

dQS

ENERGIA LIBERĂ (Free energy) ENERGIA LIBERĂ (Free energy) ENTALPIA LIBERĂ (Gibbs)ENTALPIA LIBERĂ (Gibbs)

EEnergia liberănergia liberă (F) exprimă (F) exprimă capacitatea efectivă a acestuia de capacitatea efectivă a acestuia de a efectuaa efectua la temperatura la temperatura constanta)constanta) diferite acţiuni tip lucru diferite acţiuni tip lucru (travaliu)(travaliu)

La presiune si temperaturLa presiune si temperatură ă constantă constantă entalpia liberăentalpia liberă (G) (G) exprimă capacitatea reală a unui exprimă capacitatea reală a unui sistem de a efectua travaliusistem de a efectua travaliu

G H T S

U T S F F

G H T S

STUF

CAZURI PARTICULARECAZURI PARTICULARE

Procesele dinProcesele din sisteme izolate sisteme izolate ((U = 0)U = 0) creşterea creşterea SS implică scăderea implică scăderea FF FF devine devine minim icircn stareminim icircn stareaa de de

echilibruechilibru termodinamic termodinamic

Pentru sisteme neizolatePentru sisteme neizolate

F T S 0

T

QS revd

d

irevextirevextext SST

Q

T

QS

T

QS dd

ddd

dd

proceselproceselee iireversibilereversibile

proceselproceselee reversibile reversibile

GAZUL IDEALGAZUL IDEAL

CEL MAI SIMPLU SISTEM TERMODINAMICCEL MAI SIMPLU SISTEM TERMODINAMIC Număr foarte mare de componente = moleculele de gazNumăr foarte mare de componente = moleculele de gaz Componentele sunt considerate punctiforme ndash nu au Componentele sunt considerate punctiforme ndash nu au

volum propriuvolum propriu Componentele nu interacţionează icircntre ele dar Componentele nu interacţionează icircntre ele dar

interacţionează cu pereţii vasuluiinteracţionează cu pereţii vasului Parametrii de stare suntParametrii de stare sunt

EXTENSIVEXTENSIV

INTENSIVINTENSIV

bull Volumul Volumul (m(m33))bull Masa Masa (kmol) (kmol) bull Presiunea Presiunea (Nm(Nm22))bull TemperaturaTemperatura (K) (K)

PARAMETRI TERMODINAMICIPARAMETRI TERMODINAMICI Factorii macroscopiciFactorii macroscopici mărimi fizice măsurabile mărimi fizice măsurabile

care caracterizează un sistem termodinamic şi care caracterizează un sistem termodinamic şi raportul său faţă de corpurile icircnconjurătoareraportul său faţă de corpurile icircnconjurătoare extensiviextensivi pentru determinarea lor este nevoie de tot pentru determinarea lor este nevoie de tot

sistemul ldquoin extensordquo (de ex volumul numărul de moli sistemul ldquoin extensordquo (de ex volumul numărul de moli sarcina electrică şa) sarcina electrică şa)

intensiviintensivi sunt determinaţi de mişcarea şi distribuţia icircn sunt determinaţi de mişcarea şi distribuţia icircn spaţiuspaţiu din interior din interior a particulelor care compun sistemul a particulelor care compun sistemul (de ex densitatea indicele de refracţie presiunea (de ex densitatea indicele de refracţie presiunea temperatura energia internă concentraţia coeficientul temperatura energia internă concentraţia coeficientul de vacircscozitate potenţialul electric şa)de vacircscozitate potenţialul electric şa)

CLASIFICAREA SISTEMELOR CLASIFICAREA SISTEMELOR TERMODINAMICETERMODINAMICE

După relaţia cu exteriorulDupă relaţia cu exteriorul IzolatIzolat

Izolat adiabaticIzolat adiabatic

NeizolateNeizolate InchisInchis DeschisDeschis

DupDupă constituţieă constituţie OmogeneOmogene HeterogeneHeterogene

SISTEMELE BIOLOGICESISTEMELE BIOLOGICE sunt sisteme deschisesunt sisteme deschise icircşi menţin integritatea structurală prin icircşi menţin integritatea structurală prin

consum de energieconsum de energie sunt supuse unei continue reicircnnoiri şi refaceri sunt supuse unei continue reicircnnoiri şi refaceri

structuralestructurale se reproduc evoluează au existenţă limitată icircn timp se reproduc evoluează au existenţă limitată icircn timp

suferă procese de creştere-dezvoltare icircmbătracircnire şi suferă procese de creştere-dezvoltare icircmbătracircnire şi moartemoarte

icircşi menţin homeostazia structuralicircşi menţin homeostazia structurală şi funcţionalăă şi funcţională datorită capacităţii lor de a recepţiona transmite şi datorită capacităţii lor de a recepţiona transmite şi analiza informaţii de a elabora şi transmite comenzi analiza informaţii de a elabora şi transmite comenzi organelor de reacţieorganelor de reacţie

au structură eterogenă au structură eterogenă cu grad ridicat de cu grad ridicat de organizareorganizare

STSTARAREEA A SISTEMULUI SISTEMULUI TERMODINAMICTERMODINAMIC

Totalitatea parametrilor intensivi şi Totalitatea parametrilor intensivi şi extensivi ce caracterizează sistemulextensivi ce caracterizează sistemulStarea de Echilibru TermodinamicStarea de Echilibru Termodinamic

Parametrii intensivi sunt constanţi icircn timp şi spaţiu Parametrii intensivi sunt constanţi icircn timp şi spaţiu ndash nu există diferenţe faţă de exterior sau icircntre ndash nu există diferenţe faţă de exterior sau icircntre diferite componente ale sistemuluidiferite componente ale sistemului

Starea StaţionarăStarea StaţionarăParametrii intensivi sunt constanţi icircn timp dar Parametrii intensivi sunt constanţi icircn timp dar

diferiţi icircn spaţiu ndash există diferenţe dar acestea sunt diferiţi icircn spaţiu ndash există diferenţe dar acestea sunt constanteconstante

CELULA VIE SE AFLĂ IN STARE STAŢIONARĂCELULA VIE SE AFLĂ IN STARE STAŢIONARĂ

PROCESE TERMODINAMICEPROCESE TERMODINAMICE Tansformare de stare = variaţia a cel puţin unui parametru

de stare Presupune fenomene de transport = fluxuri (cantitate ce

traversează unitatea de suprafaţă icircn unitatea de timp) de substanţă de energie

LUCRU (travaliu) = deplasări ordonate macroscopice CĂLDURĂ = deplasări dezordonate termice

Variaţia parametrilor intensivi pe o anumită distanţă = gradienţi termodinamici = forţe termodinamice

Variaţia parametrilor extensivi = fluxuri termodinamice

FORŢEFORŢE FLUXURIFLUXURI

Ex Ex proces proces cvasistaticcvasistatic poate fi reprezentat grafic poate fi reprezentat grafic

Procesul termodinamicProcesul termodinamic = trecerea unui = trecerea unui sistem termodinamic dintr-o stare icircn alta sistem termodinamic dintr-o stare icircn alta de la o stare iniţială către o stare finală de la o stare iniţială către o stare finală urmacircnd o anumită succesiune de stări urmacircnd o anumită succesiune de stări intermediare sau ldquotraiectorierdquointermediare sau ldquotraiectorierdquo

p

V

CLASIFICAREA PROCESELOR TERMODINAMICECLASIFICAREA PROCESELOR TERMODINAMICE

după după modul de variaţie amodul de variaţie a parametrilor de stare parametrilor de stare Diferenţiale ndash Diferenţiale ndash variavariaţii infinitezimaleţii infinitezimale IntegraleIntegrale ndash ndash variaţii finite discretevariaţii finite discrete

după viteza de desfăşuraredupă viteza de desfăşurare CvasistaticeCvasistatice ndash ndash dede echilibruechilibru NestaticeNestatice ndash ndash de ne-echilibrude ne-echilibru

după drumul urmat de procesdupă drumul urmat de proces CicliceCiclice ndash ndash starea finală = starea iniţialăstarea finală = starea iniţială ReversibileReversibile ndash se pot derula de la sine icircn ambele sensurindash se pot derula de la sine icircn ambele sensuri IreversibileIreversibile ndashse pot derula de la sine icircnndashse pot derula de la sine icircntr-un singurtr-un singur sens sens

după parametrul de stare menţinut după parametrul de stare menţinut ccononsstant icircn timpul transformăriitant icircn timpul transformării IzotermeIzoterme ndash T = constndash T = const izocoreizocore ndash V = constndash V = const IzobareIzobare ndash p = const ndash p = const

după energia schimbatădupă energia schimbată Exoterme Exoterme ndash cedează Qndash cedează Q Endoterme Endoterme ndash primesc Qndash primesc Q Adiabatice Adiabatice ndash nu schimbă Qndash nu schimbă Q

FORME ALE SCHIMBULUI DE ENERGIE FORME ALE SCHIMBULUI DE ENERGIE MĂRIMI DE PROCESMĂRIMI DE PROCES

Energia schimbată de un sistem termodinamic cu Energia schimbată de un sistem termodinamic cu exteriorul schimb icircn urma căruia are loc o variaţie a exteriorul schimb icircn urma căruia are loc o variaţie a parametrilor externi parametrilor externi prin prin mişcări ordonate al particulelor al particulelor din sistem din sistem se numeşte se numeşte

lucru (travaliu) (L) Energia schimbată de un sistem termodinamic cu mediul Energia schimbată de un sistem termodinamic cu mediul

exteriorexterior prin prin mişcări dezordonate (de agitaţie termică) a (de agitaţie termică) a particulelor din sistem atunciparticulelor din sistem atunci cacircnd parametrii externi nu cacircnd parametrii externi nu se modifică se numeşte se modifică se numeşte

căldură (Q) Căldura şi lucrul sunt Căldura şi lucrul sunt mărimi de proces ele caracterizacircnd ele caracterizacircnd

o transformare termodinamică suferită de sistem şi o transformare termodinamică suferită de sistem şi NUNU starea sistemuluistarea sistemului

UNITAŢI DE MĂSURĂUNITAŢI DE MĂSURĂ

Toate tipurile de energie se măsoară icircn Toate tipurile de energie se măsoară icircn Joule Joule (J)(J) Unităţi tolerateUnităţi tolerate

CCaloria aloria (1 cal = 418 J) folosită adesea pentru (1 cal = 418 J) folosită adesea pentru sistemele ce au la bază apa (sistemele vii) sistemele ce au la bază apa (sistemele vii) ndash ndash cantitateacantitatea de căldură necesară pentru a ridica temperatura unui de căldură necesară pentru a ridica temperatura unui gram de apă de la 145gram de apă de la 145C la 155C la 155CC

ElectronElectron--voltulvoltul (1 eV = 1610 (1 eV = 1610-19-19 J) pentru cacircmpuri J) pentru cacircmpuri electromagnetice ndash energia necesară pentru a deplasa electromagnetice ndash energia necesară pentru a deplasa un electron icircntr-un cacircmp electric de 1 Voltun electron icircntr-un cacircmp electric de 1 Volt pe distanţa pe distanţa de 1 mde 1 m

Lucrul (travaliul)Lucrul (travaliul) FormFormă a schimbului de energie realizat prin ă a schimbului de energie realizat prin

mişcarea ordonată a materieimişcarea ordonată a materiei lucru mecaniclucru mecanic

Deplasarea unui corp sub acţiunea unei forţe exterioare Deplasarea unui corp sub acţiunea unei forţe exterioare L = F L = F xx

Deformarea unui corp sub acţiunea forţelor interne (termice) Deformarea unui corp sub acţiunea forţelor interne (termice) L = p L = p VV

lucru electric deplasarea sarcinilor electrice sub lucru electric deplasarea sarcinilor electrice sub acţiunea unei diferenţe de potenţialacţiunea unei diferenţe de potenţial

L = U L = U qq lucru chimic deplasarea de substanţă sub efectul lucru chimic deplasarea de substanţă sub efectul

unei diferenţe de potenţial chimic (concentraţie)unei diferenţe de potenţial chimic (concentraţie)L = L =

PostulatePostulatele Termodinamiciile Termodinamicii

Primul postulatPrimul postulat (Boltzmann) (Boltzmann)

dacă sistemul este scos din starea de echilibru dacă sistemul este scos din starea de echilibru şi se izolează de mediul exterior atunci el revine şi se izolează de mediul exterior atunci el revine icircntotdeauna de la sine icircn starea de echilibru şi icircntotdeauna de la sine icircn starea de echilibru şi nu poate ieşi din această stare fără acţiunea nu poate ieşi din această stare fără acţiunea unor forţe exterioareunor forţe exterioare

Postulatul al doileaPostulatul al doilea parametru ce parametru ce caracterizează caracterizează starea destarea de echilibru termicechilibru termic al unui al unui sistem sistem este este temperatura (T)temperatura (T)

TEMPERATURATEMPERATURA

Parametrul ce caracterizează Parametrul ce caracterizează starea destarea de echilibru termicechilibru termic al unui sistem şi care are aceeaşi valoare icircn tot sistemul al unui sistem şi care are aceeaşi valoare icircn tot sistemul independent de numărul de particule din sistem se independent de numărul de particule din sistem se numeşte numeşte temperaturătemperatură

Temperatura este o măsură a intensităţii mişcării de Temperatura este o măsură a intensităţii mişcării de agitaţie termică şi are sens numai pentru sistemele aflate agitaţie termică şi are sens numai pentru sistemele aflate icircn stări de echilibru termic icircn stări de echilibru termic

Temperatura de Temperatura de zero absolutzero absolut (0 grade Kelvin) (0 grade Kelvin) corespunde situaţiei pur ipotetice icircn care icircncetează orice corespunde situaţiei pur ipotetice icircn care icircncetează orice mişcare de agitaţie termicămişcare de agitaţie termică

IIn cursul contactului termic se n cursul contactului termic se realizează schimb de realizează schimb de energie sub formă de energie sub formă de ccăldurăăldură (Q) (Q)

Principiul IPrincipiul I

Principiul conservării energiei e energia nu poate nergia nu poate fi creată din nimic nici nu poate disparefi creată din nimic nici nu poate dispare

Principiul echivalenţei energiei energia energia se se transformă calitativ dintr-o formă icircn alta transformă calitativ dintr-o formă icircn alta conservacircndu-se cantitativconservacircndu-se cantitativ

U = Q ndash L U = Q ndash L

ENERGIA INTERNĂENERGIA INTERNĂ

Suma tuturor energiilor cinetice (de mişcare) şi Suma tuturor energiilor cinetice (de mişcare) şi potenţiale (de interacţiune) a părţilor potenţiale (de interacţiune) a părţilor componente din sistem icircntre ele componente din sistem icircntre ele Energiile legăturilor chimice moleculareEnergiile legăturilor chimice moleculare Energiile legăturilor intermoleculareEnergiile legăturilor intermoleculare Energii atomice submoleculareEnergii atomice submoleculare Energii cinetice (translaţie rotaţie şi vibraţie) de tip Energii cinetice (translaţie rotaţie şi vibraţie) de tip

agitaţie termică la nivel molecular şi atomicagitaţie termică la nivel molecular şi atomic

EEste o funcţie de stareste o funcţie de stare

pt gazul ideal pt gazul ideal U = f(T)U = f(T)

Transformarea ciclicăTransformarea ciclică

UUn sistem poate efectua L numai dacă primeşte n sistem poate efectua L numai dacă primeşte Q din exteriorQ din exterior

imposibilitatea construirii unui ldquoperpetuum imposibilitatea construirii unui ldquoperpetuum mobilerdquo de tipul I adică imposibilitatea construirii mobilerdquo de tipul I adică imposibilitatea construirii unei maşini care să furnizeze lucru util fără să unei maşini care să furnizeze lucru util fără să primească energie din exteriorprimească energie din exterior

Transformarea izobarăTransformarea izobară

2 1 2 1pQ U p V U U p V V

Q U pV U pVP ( ) ( )2 2 1 1

Q H H HP 2 1

ENERGIA INTERNĂENERGIA INTERNĂ () () = ENTALPIE (H) = ENTALPIE (H)

potenpotenţţial utilizabilial utilizabilăă ca ca travaliutravaliu

H = U + pVH = U + pV

In natură majoritatea fenomenelor se petrec cu variaţia volumului dar la presiune constantă de obicei presiunea atmosferică

Principiul IPrincipiul II I

CarnotCarnot ( (18241824) ) randamentulrandamentul unei maşini termice care unei maşini termice care lucrează după un lucrează după un ciclu reversibilciclu reversibil nu depinde de substanţă de nu depinde de substanţă de lucru sau de construcţia maşinii lucru sau de construcţia maşinii ci numai de temperaturile sursei ci numai de temperaturile sursei calde şi sursei recicalde şi sursei reci

RRandamentul oricărei maşini andamentul oricărei maşini termice este icircntotdeauna mai termice este icircntotdeauna mai mic decacirct randamentul unei mic decacirct randamentul unei maşini termice care lucrează maşini termice care lucrează după un ciclu Carnot icircn acelaşi după un ciclu Carnot icircn acelaşi interval de temperaturăinterval de temperatură

L

Q

Q Q

Q

Q

Q

T

Tu

c

1 2

1

2

1

2

1

1 1

PPrincipiulrincipiul II = II = principiul creşterii principiul creşterii entropieientropiei

Studiul Studiul maşinilor termicemaşinilor termice CCăldura nu poate trece de la sine ăldura nu poate trece de la sine

(spontan) de la un corp rece la unul (spontan) de la un corp rece la unul caldcald (Clausius) (Clausius)

Nu Nu existexistă ă maşini care să producă L maşini care să producă L folosind o singură sursă de căldurăfolosind o singură sursă de căldură (Thomson)(Thomson)

IIntr-o transformare ciclică Q (primit) ntr-o transformare ciclică Q (primit) NUNU poate fi transformat integral icircn L poate fi transformat integral icircn L (efectuat)(efectuat)

QQpp L L Intr-un proces spontan ireversibil se Intr-un proces spontan ireversibil se

produce icircntotdeauna dezordineproduce icircntotdeauna dezordine

Sursa caldă

T1

Sursa receT2

SISTEMU

L = Q1 ndash Q2

Q1 Q2

0SL = Q le 0

ENTROPIAENTROPIA

Reprezintă măsura Reprezintă măsura ldquodezordiniirdquo din sistemldquodezordiniirdquo din sistem Boltzmann Boltzmann S = k ln N

k = constanta lui Boltzmannk = constanta lui Boltzmann N = probabilitatea termodinamicN = probabilitatea termodinamică (numărul de microstări posibile care ă (numărul de microstări posibile care

definesc identic starea macroscopică a sistemului)definesc identic starea macroscopică a sistemului)

Este Este o funco funcţţie deie de stare stare S = f(T) Variaţia de entropie Variaţia de entropie S este egală cu raportul dintre S este egală cu raportul dintre

cantitatea de căldura schimbată şi temperatura la care cantitatea de căldura schimbată şi temperatura la care are loc schimbul)are loc schimbul)

f

i

T

Tif T

dQS

ENERGIA LIBERĂ (Free energy) ENERGIA LIBERĂ (Free energy) ENTALPIA LIBERĂ (Gibbs)ENTALPIA LIBERĂ (Gibbs)

EEnergia liberănergia liberă (F) exprimă (F) exprimă capacitatea efectivă a acestuia de capacitatea efectivă a acestuia de a efectuaa efectua la temperatura la temperatura constanta)constanta) diferite acţiuni tip lucru diferite acţiuni tip lucru (travaliu)(travaliu)

La presiune si temperaturLa presiune si temperatură ă constantă constantă entalpia liberăentalpia liberă (G) (G) exprimă capacitatea reală a unui exprimă capacitatea reală a unui sistem de a efectua travaliusistem de a efectua travaliu

G H T S

U T S F F

G H T S

STUF

CAZURI PARTICULARECAZURI PARTICULARE

Procesele dinProcesele din sisteme izolate sisteme izolate ((U = 0)U = 0) creşterea creşterea SS implică scăderea implică scăderea FF FF devine devine minim icircn stareminim icircn stareaa de de

echilibruechilibru termodinamic termodinamic

Pentru sisteme neizolatePentru sisteme neizolate

F T S 0

T

QS revd

d

irevextirevextext SST

Q

T

QS

T

QS dd

ddd

dd

proceselproceselee iireversibilereversibile

proceselproceselee reversibile reversibile

PARAMETRI TERMODINAMICIPARAMETRI TERMODINAMICI Factorii macroscopiciFactorii macroscopici mărimi fizice măsurabile mărimi fizice măsurabile

care caracterizează un sistem termodinamic şi care caracterizează un sistem termodinamic şi raportul său faţă de corpurile icircnconjurătoareraportul său faţă de corpurile icircnconjurătoare extensiviextensivi pentru determinarea lor este nevoie de tot pentru determinarea lor este nevoie de tot

sistemul ldquoin extensordquo (de ex volumul numărul de moli sistemul ldquoin extensordquo (de ex volumul numărul de moli sarcina electrică şa) sarcina electrică şa)

intensiviintensivi sunt determinaţi de mişcarea şi distribuţia icircn sunt determinaţi de mişcarea şi distribuţia icircn spaţiuspaţiu din interior din interior a particulelor care compun sistemul a particulelor care compun sistemul (de ex densitatea indicele de refracţie presiunea (de ex densitatea indicele de refracţie presiunea temperatura energia internă concentraţia coeficientul temperatura energia internă concentraţia coeficientul de vacircscozitate potenţialul electric şa)de vacircscozitate potenţialul electric şa)

CLASIFICAREA SISTEMELOR CLASIFICAREA SISTEMELOR TERMODINAMICETERMODINAMICE

După relaţia cu exteriorulDupă relaţia cu exteriorul IzolatIzolat

Izolat adiabaticIzolat adiabatic

NeizolateNeizolate InchisInchis DeschisDeschis

DupDupă constituţieă constituţie OmogeneOmogene HeterogeneHeterogene

SISTEMELE BIOLOGICESISTEMELE BIOLOGICE sunt sisteme deschisesunt sisteme deschise icircşi menţin integritatea structurală prin icircşi menţin integritatea structurală prin

consum de energieconsum de energie sunt supuse unei continue reicircnnoiri şi refaceri sunt supuse unei continue reicircnnoiri şi refaceri

structuralestructurale se reproduc evoluează au existenţă limitată icircn timp se reproduc evoluează au existenţă limitată icircn timp

suferă procese de creştere-dezvoltare icircmbătracircnire şi suferă procese de creştere-dezvoltare icircmbătracircnire şi moartemoarte

icircşi menţin homeostazia structuralicircşi menţin homeostazia structurală şi funcţionalăă şi funcţională datorită capacităţii lor de a recepţiona transmite şi datorită capacităţii lor de a recepţiona transmite şi analiza informaţii de a elabora şi transmite comenzi analiza informaţii de a elabora şi transmite comenzi organelor de reacţieorganelor de reacţie

au structură eterogenă au structură eterogenă cu grad ridicat de cu grad ridicat de organizareorganizare

STSTARAREEA A SISTEMULUI SISTEMULUI TERMODINAMICTERMODINAMIC

Totalitatea parametrilor intensivi şi Totalitatea parametrilor intensivi şi extensivi ce caracterizează sistemulextensivi ce caracterizează sistemulStarea de Echilibru TermodinamicStarea de Echilibru Termodinamic

Parametrii intensivi sunt constanţi icircn timp şi spaţiu Parametrii intensivi sunt constanţi icircn timp şi spaţiu ndash nu există diferenţe faţă de exterior sau icircntre ndash nu există diferenţe faţă de exterior sau icircntre diferite componente ale sistemuluidiferite componente ale sistemului

Starea StaţionarăStarea StaţionarăParametrii intensivi sunt constanţi icircn timp dar Parametrii intensivi sunt constanţi icircn timp dar

diferiţi icircn spaţiu ndash există diferenţe dar acestea sunt diferiţi icircn spaţiu ndash există diferenţe dar acestea sunt constanteconstante

CELULA VIE SE AFLĂ IN STARE STAŢIONARĂCELULA VIE SE AFLĂ IN STARE STAŢIONARĂ

PROCESE TERMODINAMICEPROCESE TERMODINAMICE Tansformare de stare = variaţia a cel puţin unui parametru

de stare Presupune fenomene de transport = fluxuri (cantitate ce

traversează unitatea de suprafaţă icircn unitatea de timp) de substanţă de energie

LUCRU (travaliu) = deplasări ordonate macroscopice CĂLDURĂ = deplasări dezordonate termice

Variaţia parametrilor intensivi pe o anumită distanţă = gradienţi termodinamici = forţe termodinamice

Variaţia parametrilor extensivi = fluxuri termodinamice

FORŢEFORŢE FLUXURIFLUXURI

Ex Ex proces proces cvasistaticcvasistatic poate fi reprezentat grafic poate fi reprezentat grafic

Procesul termodinamicProcesul termodinamic = trecerea unui = trecerea unui sistem termodinamic dintr-o stare icircn alta sistem termodinamic dintr-o stare icircn alta de la o stare iniţială către o stare finală de la o stare iniţială către o stare finală urmacircnd o anumită succesiune de stări urmacircnd o anumită succesiune de stări intermediare sau ldquotraiectorierdquointermediare sau ldquotraiectorierdquo

p

V

CLASIFICAREA PROCESELOR TERMODINAMICECLASIFICAREA PROCESELOR TERMODINAMICE

după după modul de variaţie amodul de variaţie a parametrilor de stare parametrilor de stare Diferenţiale ndash Diferenţiale ndash variavariaţii infinitezimaleţii infinitezimale IntegraleIntegrale ndash ndash variaţii finite discretevariaţii finite discrete

după viteza de desfăşuraredupă viteza de desfăşurare CvasistaticeCvasistatice ndash ndash dede echilibruechilibru NestaticeNestatice ndash ndash de ne-echilibrude ne-echilibru

după drumul urmat de procesdupă drumul urmat de proces CicliceCiclice ndash ndash starea finală = starea iniţialăstarea finală = starea iniţială ReversibileReversibile ndash se pot derula de la sine icircn ambele sensurindash se pot derula de la sine icircn ambele sensuri IreversibileIreversibile ndashse pot derula de la sine icircnndashse pot derula de la sine icircntr-un singurtr-un singur sens sens

după parametrul de stare menţinut după parametrul de stare menţinut ccononsstant icircn timpul transformăriitant icircn timpul transformării IzotermeIzoterme ndash T = constndash T = const izocoreizocore ndash V = constndash V = const IzobareIzobare ndash p = const ndash p = const

după energia schimbatădupă energia schimbată Exoterme Exoterme ndash cedează Qndash cedează Q Endoterme Endoterme ndash primesc Qndash primesc Q Adiabatice Adiabatice ndash nu schimbă Qndash nu schimbă Q

FORME ALE SCHIMBULUI DE ENERGIE FORME ALE SCHIMBULUI DE ENERGIE MĂRIMI DE PROCESMĂRIMI DE PROCES

Energia schimbată de un sistem termodinamic cu Energia schimbată de un sistem termodinamic cu exteriorul schimb icircn urma căruia are loc o variaţie a exteriorul schimb icircn urma căruia are loc o variaţie a parametrilor externi parametrilor externi prin prin mişcări ordonate al particulelor al particulelor din sistem din sistem se numeşte se numeşte

lucru (travaliu) (L) Energia schimbată de un sistem termodinamic cu mediul Energia schimbată de un sistem termodinamic cu mediul

exteriorexterior prin prin mişcări dezordonate (de agitaţie termică) a (de agitaţie termică) a particulelor din sistem atunciparticulelor din sistem atunci cacircnd parametrii externi nu cacircnd parametrii externi nu se modifică se numeşte se modifică se numeşte

căldură (Q) Căldura şi lucrul sunt Căldura şi lucrul sunt mărimi de proces ele caracterizacircnd ele caracterizacircnd

o transformare termodinamică suferită de sistem şi o transformare termodinamică suferită de sistem şi NUNU starea sistemuluistarea sistemului

UNITAŢI DE MĂSURĂUNITAŢI DE MĂSURĂ

Toate tipurile de energie se măsoară icircn Toate tipurile de energie se măsoară icircn Joule Joule (J)(J) Unităţi tolerateUnităţi tolerate

CCaloria aloria (1 cal = 418 J) folosită adesea pentru (1 cal = 418 J) folosită adesea pentru sistemele ce au la bază apa (sistemele vii) sistemele ce au la bază apa (sistemele vii) ndash ndash cantitateacantitatea de căldură necesară pentru a ridica temperatura unui de căldură necesară pentru a ridica temperatura unui gram de apă de la 145gram de apă de la 145C la 155C la 155CC

ElectronElectron--voltulvoltul (1 eV = 1610 (1 eV = 1610-19-19 J) pentru cacircmpuri J) pentru cacircmpuri electromagnetice ndash energia necesară pentru a deplasa electromagnetice ndash energia necesară pentru a deplasa un electron icircntr-un cacircmp electric de 1 Voltun electron icircntr-un cacircmp electric de 1 Volt pe distanţa pe distanţa de 1 mde 1 m

Lucrul (travaliul)Lucrul (travaliul) FormFormă a schimbului de energie realizat prin ă a schimbului de energie realizat prin

mişcarea ordonată a materieimişcarea ordonată a materiei lucru mecaniclucru mecanic

Deplasarea unui corp sub acţiunea unei forţe exterioare Deplasarea unui corp sub acţiunea unei forţe exterioare L = F L = F xx

Deformarea unui corp sub acţiunea forţelor interne (termice) Deformarea unui corp sub acţiunea forţelor interne (termice) L = p L = p VV

lucru electric deplasarea sarcinilor electrice sub lucru electric deplasarea sarcinilor electrice sub acţiunea unei diferenţe de potenţialacţiunea unei diferenţe de potenţial

L = U L = U qq lucru chimic deplasarea de substanţă sub efectul lucru chimic deplasarea de substanţă sub efectul

unei diferenţe de potenţial chimic (concentraţie)unei diferenţe de potenţial chimic (concentraţie)L = L =

PostulatePostulatele Termodinamiciile Termodinamicii

Primul postulatPrimul postulat (Boltzmann) (Boltzmann)

dacă sistemul este scos din starea de echilibru dacă sistemul este scos din starea de echilibru şi se izolează de mediul exterior atunci el revine şi se izolează de mediul exterior atunci el revine icircntotdeauna de la sine icircn starea de echilibru şi icircntotdeauna de la sine icircn starea de echilibru şi nu poate ieşi din această stare fără acţiunea nu poate ieşi din această stare fără acţiunea unor forţe exterioareunor forţe exterioare

Postulatul al doileaPostulatul al doilea parametru ce parametru ce caracterizează caracterizează starea destarea de echilibru termicechilibru termic al unui al unui sistem sistem este este temperatura (T)temperatura (T)

TEMPERATURATEMPERATURA

Parametrul ce caracterizează Parametrul ce caracterizează starea destarea de echilibru termicechilibru termic al unui sistem şi care are aceeaşi valoare icircn tot sistemul al unui sistem şi care are aceeaşi valoare icircn tot sistemul independent de numărul de particule din sistem se independent de numărul de particule din sistem se numeşte numeşte temperaturătemperatură

Temperatura este o măsură a intensităţii mişcării de Temperatura este o măsură a intensităţii mişcării de agitaţie termică şi are sens numai pentru sistemele aflate agitaţie termică şi are sens numai pentru sistemele aflate icircn stări de echilibru termic icircn stări de echilibru termic

Temperatura de Temperatura de zero absolutzero absolut (0 grade Kelvin) (0 grade Kelvin) corespunde situaţiei pur ipotetice icircn care icircncetează orice corespunde situaţiei pur ipotetice icircn care icircncetează orice mişcare de agitaţie termicămişcare de agitaţie termică

IIn cursul contactului termic se n cursul contactului termic se realizează schimb de realizează schimb de energie sub formă de energie sub formă de ccăldurăăldură (Q) (Q)

Principiul IPrincipiul I

Principiul conservării energiei e energia nu poate nergia nu poate fi creată din nimic nici nu poate disparefi creată din nimic nici nu poate dispare

Principiul echivalenţei energiei energia energia se se transformă calitativ dintr-o formă icircn alta transformă calitativ dintr-o formă icircn alta conservacircndu-se cantitativconservacircndu-se cantitativ

U = Q ndash L U = Q ndash L

ENERGIA INTERNĂENERGIA INTERNĂ

Suma tuturor energiilor cinetice (de mişcare) şi Suma tuturor energiilor cinetice (de mişcare) şi potenţiale (de interacţiune) a părţilor potenţiale (de interacţiune) a părţilor componente din sistem icircntre ele componente din sistem icircntre ele Energiile legăturilor chimice moleculareEnergiile legăturilor chimice moleculare Energiile legăturilor intermoleculareEnergiile legăturilor intermoleculare Energii atomice submoleculareEnergii atomice submoleculare Energii cinetice (translaţie rotaţie şi vibraţie) de tip Energii cinetice (translaţie rotaţie şi vibraţie) de tip

agitaţie termică la nivel molecular şi atomicagitaţie termică la nivel molecular şi atomic

EEste o funcţie de stareste o funcţie de stare

pt gazul ideal pt gazul ideal U = f(T)U = f(T)

Transformarea ciclicăTransformarea ciclică

UUn sistem poate efectua L numai dacă primeşte n sistem poate efectua L numai dacă primeşte Q din exteriorQ din exterior

imposibilitatea construirii unui ldquoperpetuum imposibilitatea construirii unui ldquoperpetuum mobilerdquo de tipul I adică imposibilitatea construirii mobilerdquo de tipul I adică imposibilitatea construirii unei maşini care să furnizeze lucru util fără să unei maşini care să furnizeze lucru util fără să primească energie din exteriorprimească energie din exterior

Transformarea izobarăTransformarea izobară

2 1 2 1pQ U p V U U p V V

Q U pV U pVP ( ) ( )2 2 1 1

Q H H HP 2 1

ENERGIA INTERNĂENERGIA INTERNĂ () () = ENTALPIE (H) = ENTALPIE (H)

potenpotenţţial utilizabilial utilizabilăă ca ca travaliutravaliu

H = U + pVH = U + pV

In natură majoritatea fenomenelor se petrec cu variaţia volumului dar la presiune constantă de obicei presiunea atmosferică

Principiul IPrincipiul II I

CarnotCarnot ( (18241824) ) randamentulrandamentul unei maşini termice care unei maşini termice care lucrează după un lucrează după un ciclu reversibilciclu reversibil nu depinde de substanţă de nu depinde de substanţă de lucru sau de construcţia maşinii lucru sau de construcţia maşinii ci numai de temperaturile sursei ci numai de temperaturile sursei calde şi sursei recicalde şi sursei reci

RRandamentul oricărei maşini andamentul oricărei maşini termice este icircntotdeauna mai termice este icircntotdeauna mai mic decacirct randamentul unei mic decacirct randamentul unei maşini termice care lucrează maşini termice care lucrează după un ciclu Carnot icircn acelaşi după un ciclu Carnot icircn acelaşi interval de temperaturăinterval de temperatură

L

Q

Q Q

Q

Q

Q

T

Tu

c

1 2

1

2

1

2

1

1 1

PPrincipiulrincipiul II = II = principiul creşterii principiul creşterii entropieientropiei

Studiul Studiul maşinilor termicemaşinilor termice CCăldura nu poate trece de la sine ăldura nu poate trece de la sine

(spontan) de la un corp rece la unul (spontan) de la un corp rece la unul caldcald (Clausius) (Clausius)

Nu Nu existexistă ă maşini care să producă L maşini care să producă L folosind o singură sursă de căldurăfolosind o singură sursă de căldură (Thomson)(Thomson)

IIntr-o transformare ciclică Q (primit) ntr-o transformare ciclică Q (primit) NUNU poate fi transformat integral icircn L poate fi transformat integral icircn L (efectuat)(efectuat)

QQpp L L Intr-un proces spontan ireversibil se Intr-un proces spontan ireversibil se

produce icircntotdeauna dezordineproduce icircntotdeauna dezordine

Sursa caldă

T1

Sursa receT2

SISTEMU

L = Q1 ndash Q2

Q1 Q2

0SL = Q le 0

ENTROPIAENTROPIA

Reprezintă măsura Reprezintă măsura ldquodezordiniirdquo din sistemldquodezordiniirdquo din sistem Boltzmann Boltzmann S = k ln N

k = constanta lui Boltzmannk = constanta lui Boltzmann N = probabilitatea termodinamicN = probabilitatea termodinamică (numărul de microstări posibile care ă (numărul de microstări posibile care

definesc identic starea macroscopică a sistemului)definesc identic starea macroscopică a sistemului)

Este Este o funco funcţţie deie de stare stare S = f(T) Variaţia de entropie Variaţia de entropie S este egală cu raportul dintre S este egală cu raportul dintre

cantitatea de căldura schimbată şi temperatura la care cantitatea de căldura schimbată şi temperatura la care are loc schimbul)are loc schimbul)

f

i

T

Tif T

dQS

ENERGIA LIBERĂ (Free energy) ENERGIA LIBERĂ (Free energy) ENTALPIA LIBERĂ (Gibbs)ENTALPIA LIBERĂ (Gibbs)

EEnergia liberănergia liberă (F) exprimă (F) exprimă capacitatea efectivă a acestuia de capacitatea efectivă a acestuia de a efectuaa efectua la temperatura la temperatura constanta)constanta) diferite acţiuni tip lucru diferite acţiuni tip lucru (travaliu)(travaliu)

La presiune si temperaturLa presiune si temperatură ă constantă constantă entalpia liberăentalpia liberă (G) (G) exprimă capacitatea reală a unui exprimă capacitatea reală a unui sistem de a efectua travaliusistem de a efectua travaliu

G H T S

U T S F F

G H T S

STUF

CAZURI PARTICULARECAZURI PARTICULARE

Procesele dinProcesele din sisteme izolate sisteme izolate ((U = 0)U = 0) creşterea creşterea SS implică scăderea implică scăderea FF FF devine devine minim icircn stareminim icircn stareaa de de

echilibruechilibru termodinamic termodinamic

Pentru sisteme neizolatePentru sisteme neizolate

F T S 0

T

QS revd

d

irevextirevextext SST

Q

T

QS

T

QS dd

ddd

dd

proceselproceselee iireversibilereversibile

proceselproceselee reversibile reversibile

CLASIFICAREA SISTEMELOR CLASIFICAREA SISTEMELOR TERMODINAMICETERMODINAMICE

După relaţia cu exteriorulDupă relaţia cu exteriorul IzolatIzolat

Izolat adiabaticIzolat adiabatic

NeizolateNeizolate InchisInchis DeschisDeschis

DupDupă constituţieă constituţie OmogeneOmogene HeterogeneHeterogene

SISTEMELE BIOLOGICESISTEMELE BIOLOGICE sunt sisteme deschisesunt sisteme deschise icircşi menţin integritatea structurală prin icircşi menţin integritatea structurală prin

consum de energieconsum de energie sunt supuse unei continue reicircnnoiri şi refaceri sunt supuse unei continue reicircnnoiri şi refaceri

structuralestructurale se reproduc evoluează au existenţă limitată icircn timp se reproduc evoluează au existenţă limitată icircn timp

suferă procese de creştere-dezvoltare icircmbătracircnire şi suferă procese de creştere-dezvoltare icircmbătracircnire şi moartemoarte

icircşi menţin homeostazia structuralicircşi menţin homeostazia structurală şi funcţionalăă şi funcţională datorită capacităţii lor de a recepţiona transmite şi datorită capacităţii lor de a recepţiona transmite şi analiza informaţii de a elabora şi transmite comenzi analiza informaţii de a elabora şi transmite comenzi organelor de reacţieorganelor de reacţie

au structură eterogenă au structură eterogenă cu grad ridicat de cu grad ridicat de organizareorganizare

STSTARAREEA A SISTEMULUI SISTEMULUI TERMODINAMICTERMODINAMIC

Totalitatea parametrilor intensivi şi Totalitatea parametrilor intensivi şi extensivi ce caracterizează sistemulextensivi ce caracterizează sistemulStarea de Echilibru TermodinamicStarea de Echilibru Termodinamic

Parametrii intensivi sunt constanţi icircn timp şi spaţiu Parametrii intensivi sunt constanţi icircn timp şi spaţiu ndash nu există diferenţe faţă de exterior sau icircntre ndash nu există diferenţe faţă de exterior sau icircntre diferite componente ale sistemuluidiferite componente ale sistemului

Starea StaţionarăStarea StaţionarăParametrii intensivi sunt constanţi icircn timp dar Parametrii intensivi sunt constanţi icircn timp dar

diferiţi icircn spaţiu ndash există diferenţe dar acestea sunt diferiţi icircn spaţiu ndash există diferenţe dar acestea sunt constanteconstante

CELULA VIE SE AFLĂ IN STARE STAŢIONARĂCELULA VIE SE AFLĂ IN STARE STAŢIONARĂ

PROCESE TERMODINAMICEPROCESE TERMODINAMICE Tansformare de stare = variaţia a cel puţin unui parametru

de stare Presupune fenomene de transport = fluxuri (cantitate ce

traversează unitatea de suprafaţă icircn unitatea de timp) de substanţă de energie

LUCRU (travaliu) = deplasări ordonate macroscopice CĂLDURĂ = deplasări dezordonate termice

Variaţia parametrilor intensivi pe o anumită distanţă = gradienţi termodinamici = forţe termodinamice

Variaţia parametrilor extensivi = fluxuri termodinamice

FORŢEFORŢE FLUXURIFLUXURI

Ex Ex proces proces cvasistaticcvasistatic poate fi reprezentat grafic poate fi reprezentat grafic

Procesul termodinamicProcesul termodinamic = trecerea unui = trecerea unui sistem termodinamic dintr-o stare icircn alta sistem termodinamic dintr-o stare icircn alta de la o stare iniţială către o stare finală de la o stare iniţială către o stare finală urmacircnd o anumită succesiune de stări urmacircnd o anumită succesiune de stări intermediare sau ldquotraiectorierdquointermediare sau ldquotraiectorierdquo

p

V

CLASIFICAREA PROCESELOR TERMODINAMICECLASIFICAREA PROCESELOR TERMODINAMICE

după după modul de variaţie amodul de variaţie a parametrilor de stare parametrilor de stare Diferenţiale ndash Diferenţiale ndash variavariaţii infinitezimaleţii infinitezimale IntegraleIntegrale ndash ndash variaţii finite discretevariaţii finite discrete

după viteza de desfăşuraredupă viteza de desfăşurare CvasistaticeCvasistatice ndash ndash dede echilibruechilibru NestaticeNestatice ndash ndash de ne-echilibrude ne-echilibru

după drumul urmat de procesdupă drumul urmat de proces CicliceCiclice ndash ndash starea finală = starea iniţialăstarea finală = starea iniţială ReversibileReversibile ndash se pot derula de la sine icircn ambele sensurindash se pot derula de la sine icircn ambele sensuri IreversibileIreversibile ndashse pot derula de la sine icircnndashse pot derula de la sine icircntr-un singurtr-un singur sens sens

după parametrul de stare menţinut după parametrul de stare menţinut ccononsstant icircn timpul transformăriitant icircn timpul transformării IzotermeIzoterme ndash T = constndash T = const izocoreizocore ndash V = constndash V = const IzobareIzobare ndash p = const ndash p = const

după energia schimbatădupă energia schimbată Exoterme Exoterme ndash cedează Qndash cedează Q Endoterme Endoterme ndash primesc Qndash primesc Q Adiabatice Adiabatice ndash nu schimbă Qndash nu schimbă Q

FORME ALE SCHIMBULUI DE ENERGIE FORME ALE SCHIMBULUI DE ENERGIE MĂRIMI DE PROCESMĂRIMI DE PROCES

Energia schimbată de un sistem termodinamic cu Energia schimbată de un sistem termodinamic cu exteriorul schimb icircn urma căruia are loc o variaţie a exteriorul schimb icircn urma căruia are loc o variaţie a parametrilor externi parametrilor externi prin prin mişcări ordonate al particulelor al particulelor din sistem din sistem se numeşte se numeşte

lucru (travaliu) (L) Energia schimbată de un sistem termodinamic cu mediul Energia schimbată de un sistem termodinamic cu mediul

exteriorexterior prin prin mişcări dezordonate (de agitaţie termică) a (de agitaţie termică) a particulelor din sistem atunciparticulelor din sistem atunci cacircnd parametrii externi nu cacircnd parametrii externi nu se modifică se numeşte se modifică se numeşte

căldură (Q) Căldura şi lucrul sunt Căldura şi lucrul sunt mărimi de proces ele caracterizacircnd ele caracterizacircnd

o transformare termodinamică suferită de sistem şi o transformare termodinamică suferită de sistem şi NUNU starea sistemuluistarea sistemului

UNITAŢI DE MĂSURĂUNITAŢI DE MĂSURĂ

Toate tipurile de energie se măsoară icircn Toate tipurile de energie se măsoară icircn Joule Joule (J)(J) Unităţi tolerateUnităţi tolerate

CCaloria aloria (1 cal = 418 J) folosită adesea pentru (1 cal = 418 J) folosită adesea pentru sistemele ce au la bază apa (sistemele vii) sistemele ce au la bază apa (sistemele vii) ndash ndash cantitateacantitatea de căldură necesară pentru a ridica temperatura unui de căldură necesară pentru a ridica temperatura unui gram de apă de la 145gram de apă de la 145C la 155C la 155CC

ElectronElectron--voltulvoltul (1 eV = 1610 (1 eV = 1610-19-19 J) pentru cacircmpuri J) pentru cacircmpuri electromagnetice ndash energia necesară pentru a deplasa electromagnetice ndash energia necesară pentru a deplasa un electron icircntr-un cacircmp electric de 1 Voltun electron icircntr-un cacircmp electric de 1 Volt pe distanţa pe distanţa de 1 mde 1 m

Lucrul (travaliul)Lucrul (travaliul) FormFormă a schimbului de energie realizat prin ă a schimbului de energie realizat prin

mişcarea ordonată a materieimişcarea ordonată a materiei lucru mecaniclucru mecanic

Deplasarea unui corp sub acţiunea unei forţe exterioare Deplasarea unui corp sub acţiunea unei forţe exterioare L = F L = F xx

Deformarea unui corp sub acţiunea forţelor interne (termice) Deformarea unui corp sub acţiunea forţelor interne (termice) L = p L = p VV

lucru electric deplasarea sarcinilor electrice sub lucru electric deplasarea sarcinilor electrice sub acţiunea unei diferenţe de potenţialacţiunea unei diferenţe de potenţial

L = U L = U qq lucru chimic deplasarea de substanţă sub efectul lucru chimic deplasarea de substanţă sub efectul

unei diferenţe de potenţial chimic (concentraţie)unei diferenţe de potenţial chimic (concentraţie)L = L =

PostulatePostulatele Termodinamiciile Termodinamicii

Primul postulatPrimul postulat (Boltzmann) (Boltzmann)

dacă sistemul este scos din starea de echilibru dacă sistemul este scos din starea de echilibru şi se izolează de mediul exterior atunci el revine şi se izolează de mediul exterior atunci el revine icircntotdeauna de la sine icircn starea de echilibru şi icircntotdeauna de la sine icircn starea de echilibru şi nu poate ieşi din această stare fără acţiunea nu poate ieşi din această stare fără acţiunea unor forţe exterioareunor forţe exterioare

Postulatul al doileaPostulatul al doilea parametru ce parametru ce caracterizează caracterizează starea destarea de echilibru termicechilibru termic al unui al unui sistem sistem este este temperatura (T)temperatura (T)

TEMPERATURATEMPERATURA

Parametrul ce caracterizează Parametrul ce caracterizează starea destarea de echilibru termicechilibru termic al unui sistem şi care are aceeaşi valoare icircn tot sistemul al unui sistem şi care are aceeaşi valoare icircn tot sistemul independent de numărul de particule din sistem se independent de numărul de particule din sistem se numeşte numeşte temperaturătemperatură

Temperatura este o măsură a intensităţii mişcării de Temperatura este o măsură a intensităţii mişcării de agitaţie termică şi are sens numai pentru sistemele aflate agitaţie termică şi are sens numai pentru sistemele aflate icircn stări de echilibru termic icircn stări de echilibru termic

Temperatura de Temperatura de zero absolutzero absolut (0 grade Kelvin) (0 grade Kelvin) corespunde situaţiei pur ipotetice icircn care icircncetează orice corespunde situaţiei pur ipotetice icircn care icircncetează orice mişcare de agitaţie termicămişcare de agitaţie termică

IIn cursul contactului termic se n cursul contactului termic se realizează schimb de realizează schimb de energie sub formă de energie sub formă de ccăldurăăldură (Q) (Q)

Principiul IPrincipiul I

Principiul conservării energiei e energia nu poate nergia nu poate fi creată din nimic nici nu poate disparefi creată din nimic nici nu poate dispare

Principiul echivalenţei energiei energia energia se se transformă calitativ dintr-o formă icircn alta transformă calitativ dintr-o formă icircn alta conservacircndu-se cantitativconservacircndu-se cantitativ

U = Q ndash L U = Q ndash L

ENERGIA INTERNĂENERGIA INTERNĂ

Suma tuturor energiilor cinetice (de mişcare) şi Suma tuturor energiilor cinetice (de mişcare) şi potenţiale (de interacţiune) a părţilor potenţiale (de interacţiune) a părţilor componente din sistem icircntre ele componente din sistem icircntre ele Energiile legăturilor chimice moleculareEnergiile legăturilor chimice moleculare Energiile legăturilor intermoleculareEnergiile legăturilor intermoleculare Energii atomice submoleculareEnergii atomice submoleculare Energii cinetice (translaţie rotaţie şi vibraţie) de tip Energii cinetice (translaţie rotaţie şi vibraţie) de tip

agitaţie termică la nivel molecular şi atomicagitaţie termică la nivel molecular şi atomic

EEste o funcţie de stareste o funcţie de stare

pt gazul ideal pt gazul ideal U = f(T)U = f(T)

Transformarea ciclicăTransformarea ciclică

UUn sistem poate efectua L numai dacă primeşte n sistem poate efectua L numai dacă primeşte Q din exteriorQ din exterior

imposibilitatea construirii unui ldquoperpetuum imposibilitatea construirii unui ldquoperpetuum mobilerdquo de tipul I adică imposibilitatea construirii mobilerdquo de tipul I adică imposibilitatea construirii unei maşini care să furnizeze lucru util fără să unei maşini care să furnizeze lucru util fără să primească energie din exteriorprimească energie din exterior

Transformarea izobarăTransformarea izobară

2 1 2 1pQ U p V U U p V V

Q U pV U pVP ( ) ( )2 2 1 1

Q H H HP 2 1

ENERGIA INTERNĂENERGIA INTERNĂ () () = ENTALPIE (H) = ENTALPIE (H)

potenpotenţţial utilizabilial utilizabilăă ca ca travaliutravaliu

H = U + pVH = U + pV

In natură majoritatea fenomenelor se petrec cu variaţia volumului dar la presiune constantă de obicei presiunea atmosferică

Principiul IPrincipiul II I

CarnotCarnot ( (18241824) ) randamentulrandamentul unei maşini termice care unei maşini termice care lucrează după un lucrează după un ciclu reversibilciclu reversibil nu depinde de substanţă de nu depinde de substanţă de lucru sau de construcţia maşinii lucru sau de construcţia maşinii ci numai de temperaturile sursei ci numai de temperaturile sursei calde şi sursei recicalde şi sursei reci

RRandamentul oricărei maşini andamentul oricărei maşini termice este icircntotdeauna mai termice este icircntotdeauna mai mic decacirct randamentul unei mic decacirct randamentul unei maşini termice care lucrează maşini termice care lucrează după un ciclu Carnot icircn acelaşi după un ciclu Carnot icircn acelaşi interval de temperaturăinterval de temperatură

L

Q

Q Q

Q

Q

Q

T

Tu

c

1 2

1

2

1

2

1

1 1

PPrincipiulrincipiul II = II = principiul creşterii principiul creşterii entropieientropiei

Studiul Studiul maşinilor termicemaşinilor termice CCăldura nu poate trece de la sine ăldura nu poate trece de la sine

(spontan) de la un corp rece la unul (spontan) de la un corp rece la unul caldcald (Clausius) (Clausius)

Nu Nu existexistă ă maşini care să producă L maşini care să producă L folosind o singură sursă de căldurăfolosind o singură sursă de căldură (Thomson)(Thomson)

IIntr-o transformare ciclică Q (primit) ntr-o transformare ciclică Q (primit) NUNU poate fi transformat integral icircn L poate fi transformat integral icircn L (efectuat)(efectuat)

QQpp L L Intr-un proces spontan ireversibil se Intr-un proces spontan ireversibil se

produce icircntotdeauna dezordineproduce icircntotdeauna dezordine

Sursa caldă

T1

Sursa receT2

SISTEMU

L = Q1 ndash Q2

Q1 Q2

0SL = Q le 0

ENTROPIAENTROPIA

Reprezintă măsura Reprezintă măsura ldquodezordiniirdquo din sistemldquodezordiniirdquo din sistem Boltzmann Boltzmann S = k ln N

k = constanta lui Boltzmannk = constanta lui Boltzmann N = probabilitatea termodinamicN = probabilitatea termodinamică (numărul de microstări posibile care ă (numărul de microstări posibile care

definesc identic starea macroscopică a sistemului)definesc identic starea macroscopică a sistemului)

Este Este o funco funcţţie deie de stare stare S = f(T) Variaţia de entropie Variaţia de entropie S este egală cu raportul dintre S este egală cu raportul dintre

cantitatea de căldura schimbată şi temperatura la care cantitatea de căldura schimbată şi temperatura la care are loc schimbul)are loc schimbul)

f

i

T

Tif T

dQS

ENERGIA LIBERĂ (Free energy) ENERGIA LIBERĂ (Free energy) ENTALPIA LIBERĂ (Gibbs)ENTALPIA LIBERĂ (Gibbs)

EEnergia liberănergia liberă (F) exprimă (F) exprimă capacitatea efectivă a acestuia de capacitatea efectivă a acestuia de a efectuaa efectua la temperatura la temperatura constanta)constanta) diferite acţiuni tip lucru diferite acţiuni tip lucru (travaliu)(travaliu)

La presiune si temperaturLa presiune si temperatură ă constantă constantă entalpia liberăentalpia liberă (G) (G) exprimă capacitatea reală a unui exprimă capacitatea reală a unui sistem de a efectua travaliusistem de a efectua travaliu

G H T S

U T S F F

G H T S

STUF

CAZURI PARTICULARECAZURI PARTICULARE

Procesele dinProcesele din sisteme izolate sisteme izolate ((U = 0)U = 0) creşterea creşterea SS implică scăderea implică scăderea FF FF devine devine minim icircn stareminim icircn stareaa de de

echilibruechilibru termodinamic termodinamic

Pentru sisteme neizolatePentru sisteme neizolate

F T S 0

T

QS revd

d

irevextirevextext SST

Q

T

QS

T

QS dd

ddd

dd

proceselproceselee iireversibilereversibile

proceselproceselee reversibile reversibile

SISTEMELE BIOLOGICESISTEMELE BIOLOGICE sunt sisteme deschisesunt sisteme deschise icircşi menţin integritatea structurală prin icircşi menţin integritatea structurală prin

consum de energieconsum de energie sunt supuse unei continue reicircnnoiri şi refaceri sunt supuse unei continue reicircnnoiri şi refaceri

structuralestructurale se reproduc evoluează au existenţă limitată icircn timp se reproduc evoluează au existenţă limitată icircn timp

suferă procese de creştere-dezvoltare icircmbătracircnire şi suferă procese de creştere-dezvoltare icircmbătracircnire şi moartemoarte

icircşi menţin homeostazia structuralicircşi menţin homeostazia structurală şi funcţionalăă şi funcţională datorită capacităţii lor de a recepţiona transmite şi datorită capacităţii lor de a recepţiona transmite şi analiza informaţii de a elabora şi transmite comenzi analiza informaţii de a elabora şi transmite comenzi organelor de reacţieorganelor de reacţie

au structură eterogenă au structură eterogenă cu grad ridicat de cu grad ridicat de organizareorganizare

STSTARAREEA A SISTEMULUI SISTEMULUI TERMODINAMICTERMODINAMIC

Totalitatea parametrilor intensivi şi Totalitatea parametrilor intensivi şi extensivi ce caracterizează sistemulextensivi ce caracterizează sistemulStarea de Echilibru TermodinamicStarea de Echilibru Termodinamic

Parametrii intensivi sunt constanţi icircn timp şi spaţiu Parametrii intensivi sunt constanţi icircn timp şi spaţiu ndash nu există diferenţe faţă de exterior sau icircntre ndash nu există diferenţe faţă de exterior sau icircntre diferite componente ale sistemuluidiferite componente ale sistemului

Starea StaţionarăStarea StaţionarăParametrii intensivi sunt constanţi icircn timp dar Parametrii intensivi sunt constanţi icircn timp dar

diferiţi icircn spaţiu ndash există diferenţe dar acestea sunt diferiţi icircn spaţiu ndash există diferenţe dar acestea sunt constanteconstante

CELULA VIE SE AFLĂ IN STARE STAŢIONARĂCELULA VIE SE AFLĂ IN STARE STAŢIONARĂ

PROCESE TERMODINAMICEPROCESE TERMODINAMICE Tansformare de stare = variaţia a cel puţin unui parametru

de stare Presupune fenomene de transport = fluxuri (cantitate ce

traversează unitatea de suprafaţă icircn unitatea de timp) de substanţă de energie

LUCRU (travaliu) = deplasări ordonate macroscopice CĂLDURĂ = deplasări dezordonate termice

Variaţia parametrilor intensivi pe o anumită distanţă = gradienţi termodinamici = forţe termodinamice

Variaţia parametrilor extensivi = fluxuri termodinamice

FORŢEFORŢE FLUXURIFLUXURI

Ex Ex proces proces cvasistaticcvasistatic poate fi reprezentat grafic poate fi reprezentat grafic

Procesul termodinamicProcesul termodinamic = trecerea unui = trecerea unui sistem termodinamic dintr-o stare icircn alta sistem termodinamic dintr-o stare icircn alta de la o stare iniţială către o stare finală de la o stare iniţială către o stare finală urmacircnd o anumită succesiune de stări urmacircnd o anumită succesiune de stări intermediare sau ldquotraiectorierdquointermediare sau ldquotraiectorierdquo

p

V

CLASIFICAREA PROCESELOR TERMODINAMICECLASIFICAREA PROCESELOR TERMODINAMICE

după după modul de variaţie amodul de variaţie a parametrilor de stare parametrilor de stare Diferenţiale ndash Diferenţiale ndash variavariaţii infinitezimaleţii infinitezimale IntegraleIntegrale ndash ndash variaţii finite discretevariaţii finite discrete

după viteza de desfăşuraredupă viteza de desfăşurare CvasistaticeCvasistatice ndash ndash dede echilibruechilibru NestaticeNestatice ndash ndash de ne-echilibrude ne-echilibru

după drumul urmat de procesdupă drumul urmat de proces CicliceCiclice ndash ndash starea finală = starea iniţialăstarea finală = starea iniţială ReversibileReversibile ndash se pot derula de la sine icircn ambele sensurindash se pot derula de la sine icircn ambele sensuri IreversibileIreversibile ndashse pot derula de la sine icircnndashse pot derula de la sine icircntr-un singurtr-un singur sens sens

după parametrul de stare menţinut după parametrul de stare menţinut ccononsstant icircn timpul transformăriitant icircn timpul transformării IzotermeIzoterme ndash T = constndash T = const izocoreizocore ndash V = constndash V = const IzobareIzobare ndash p = const ndash p = const

după energia schimbatădupă energia schimbată Exoterme Exoterme ndash cedează Qndash cedează Q Endoterme Endoterme ndash primesc Qndash primesc Q Adiabatice Adiabatice ndash nu schimbă Qndash nu schimbă Q

FORME ALE SCHIMBULUI DE ENERGIE FORME ALE SCHIMBULUI DE ENERGIE MĂRIMI DE PROCESMĂRIMI DE PROCES

Energia schimbată de un sistem termodinamic cu Energia schimbată de un sistem termodinamic cu exteriorul schimb icircn urma căruia are loc o variaţie a exteriorul schimb icircn urma căruia are loc o variaţie a parametrilor externi parametrilor externi prin prin mişcări ordonate al particulelor al particulelor din sistem din sistem se numeşte se numeşte

lucru (travaliu) (L) Energia schimbată de un sistem termodinamic cu mediul Energia schimbată de un sistem termodinamic cu mediul

exteriorexterior prin prin mişcări dezordonate (de agitaţie termică) a (de agitaţie termică) a particulelor din sistem atunciparticulelor din sistem atunci cacircnd parametrii externi nu cacircnd parametrii externi nu se modifică se numeşte se modifică se numeşte

căldură (Q) Căldura şi lucrul sunt Căldura şi lucrul sunt mărimi de proces ele caracterizacircnd ele caracterizacircnd

o transformare termodinamică suferită de sistem şi o transformare termodinamică suferită de sistem şi NUNU starea sistemuluistarea sistemului

UNITAŢI DE MĂSURĂUNITAŢI DE MĂSURĂ

Toate tipurile de energie se măsoară icircn Toate tipurile de energie se măsoară icircn Joule Joule (J)(J) Unităţi tolerateUnităţi tolerate

CCaloria aloria (1 cal = 418 J) folosită adesea pentru (1 cal = 418 J) folosită adesea pentru sistemele ce au la bază apa (sistemele vii) sistemele ce au la bază apa (sistemele vii) ndash ndash cantitateacantitatea de căldură necesară pentru a ridica temperatura unui de căldură necesară pentru a ridica temperatura unui gram de apă de la 145gram de apă de la 145C la 155C la 155CC

ElectronElectron--voltulvoltul (1 eV = 1610 (1 eV = 1610-19-19 J) pentru cacircmpuri J) pentru cacircmpuri electromagnetice ndash energia necesară pentru a deplasa electromagnetice ndash energia necesară pentru a deplasa un electron icircntr-un cacircmp electric de 1 Voltun electron icircntr-un cacircmp electric de 1 Volt pe distanţa pe distanţa de 1 mde 1 m

Lucrul (travaliul)Lucrul (travaliul) FormFormă a schimbului de energie realizat prin ă a schimbului de energie realizat prin

mişcarea ordonată a materieimişcarea ordonată a materiei lucru mecaniclucru mecanic

Deplasarea unui corp sub acţiunea unei forţe exterioare Deplasarea unui corp sub acţiunea unei forţe exterioare L = F L = F xx

Deformarea unui corp sub acţiunea forţelor interne (termice) Deformarea unui corp sub acţiunea forţelor interne (termice) L = p L = p VV

lucru electric deplasarea sarcinilor electrice sub lucru electric deplasarea sarcinilor electrice sub acţiunea unei diferenţe de potenţialacţiunea unei diferenţe de potenţial

L = U L = U qq lucru chimic deplasarea de substanţă sub efectul lucru chimic deplasarea de substanţă sub efectul

unei diferenţe de potenţial chimic (concentraţie)unei diferenţe de potenţial chimic (concentraţie)L = L =

PostulatePostulatele Termodinamiciile Termodinamicii

Primul postulatPrimul postulat (Boltzmann) (Boltzmann)

dacă sistemul este scos din starea de echilibru dacă sistemul este scos din starea de echilibru şi se izolează de mediul exterior atunci el revine şi se izolează de mediul exterior atunci el revine icircntotdeauna de la sine icircn starea de echilibru şi icircntotdeauna de la sine icircn starea de echilibru şi nu poate ieşi din această stare fără acţiunea nu poate ieşi din această stare fără acţiunea unor forţe exterioareunor forţe exterioare

Postulatul al doileaPostulatul al doilea parametru ce parametru ce caracterizează caracterizează starea destarea de echilibru termicechilibru termic al unui al unui sistem sistem este este temperatura (T)temperatura (T)

TEMPERATURATEMPERATURA

Parametrul ce caracterizează Parametrul ce caracterizează starea destarea de echilibru termicechilibru termic al unui sistem şi care are aceeaşi valoare icircn tot sistemul al unui sistem şi care are aceeaşi valoare icircn tot sistemul independent de numărul de particule din sistem se independent de numărul de particule din sistem se numeşte numeşte temperaturătemperatură

Temperatura este o măsură a intensităţii mişcării de Temperatura este o măsură a intensităţii mişcării de agitaţie termică şi are sens numai pentru sistemele aflate agitaţie termică şi are sens numai pentru sistemele aflate icircn stări de echilibru termic icircn stări de echilibru termic

Temperatura de Temperatura de zero absolutzero absolut (0 grade Kelvin) (0 grade Kelvin) corespunde situaţiei pur ipotetice icircn care icircncetează orice corespunde situaţiei pur ipotetice icircn care icircncetează orice mişcare de agitaţie termicămişcare de agitaţie termică

IIn cursul contactului termic se n cursul contactului termic se realizează schimb de realizează schimb de energie sub formă de energie sub formă de ccăldurăăldură (Q) (Q)

Principiul IPrincipiul I

Principiul conservării energiei e energia nu poate nergia nu poate fi creată din nimic nici nu poate disparefi creată din nimic nici nu poate dispare

Principiul echivalenţei energiei energia energia se se transformă calitativ dintr-o formă icircn alta transformă calitativ dintr-o formă icircn alta conservacircndu-se cantitativconservacircndu-se cantitativ

U = Q ndash L U = Q ndash L

ENERGIA INTERNĂENERGIA INTERNĂ

Suma tuturor energiilor cinetice (de mişcare) şi Suma tuturor energiilor cinetice (de mişcare) şi potenţiale (de interacţiune) a părţilor potenţiale (de interacţiune) a părţilor componente din sistem icircntre ele componente din sistem icircntre ele Energiile legăturilor chimice moleculareEnergiile legăturilor chimice moleculare Energiile legăturilor intermoleculareEnergiile legăturilor intermoleculare Energii atomice submoleculareEnergii atomice submoleculare Energii cinetice (translaţie rotaţie şi vibraţie) de tip Energii cinetice (translaţie rotaţie şi vibraţie) de tip

agitaţie termică la nivel molecular şi atomicagitaţie termică la nivel molecular şi atomic

EEste o funcţie de stareste o funcţie de stare

pt gazul ideal pt gazul ideal U = f(T)U = f(T)

Transformarea ciclicăTransformarea ciclică

UUn sistem poate efectua L numai dacă primeşte n sistem poate efectua L numai dacă primeşte Q din exteriorQ din exterior

imposibilitatea construirii unui ldquoperpetuum imposibilitatea construirii unui ldquoperpetuum mobilerdquo de tipul I adică imposibilitatea construirii mobilerdquo de tipul I adică imposibilitatea construirii unei maşini care să furnizeze lucru util fără să unei maşini care să furnizeze lucru util fără să primească energie din exteriorprimească energie din exterior

Transformarea izobarăTransformarea izobară

2 1 2 1pQ U p V U U p V V

Q U pV U pVP ( ) ( )2 2 1 1

Q H H HP 2 1

ENERGIA INTERNĂENERGIA INTERNĂ () () = ENTALPIE (H) = ENTALPIE (H)

potenpotenţţial utilizabilial utilizabilăă ca ca travaliutravaliu

H = U + pVH = U + pV

In natură majoritatea fenomenelor se petrec cu variaţia volumului dar la presiune constantă de obicei presiunea atmosferică

Principiul IPrincipiul II I

CarnotCarnot ( (18241824) ) randamentulrandamentul unei maşini termice care unei maşini termice care lucrează după un lucrează după un ciclu reversibilciclu reversibil nu depinde de substanţă de nu depinde de substanţă de lucru sau de construcţia maşinii lucru sau de construcţia maşinii ci numai de temperaturile sursei ci numai de temperaturile sursei calde şi sursei recicalde şi sursei reci

RRandamentul oricărei maşini andamentul oricărei maşini termice este icircntotdeauna mai termice este icircntotdeauna mai mic decacirct randamentul unei mic decacirct randamentul unei maşini termice care lucrează maşini termice care lucrează după un ciclu Carnot icircn acelaşi după un ciclu Carnot icircn acelaşi interval de temperaturăinterval de temperatură

L

Q

Q Q

Q

Q

Q

T

Tu

c

1 2

1

2

1

2

1

1 1

PPrincipiulrincipiul II = II = principiul creşterii principiul creşterii entropieientropiei

Studiul Studiul maşinilor termicemaşinilor termice CCăldura nu poate trece de la sine ăldura nu poate trece de la sine

(spontan) de la un corp rece la unul (spontan) de la un corp rece la unul caldcald (Clausius) (Clausius)

Nu Nu existexistă ă maşini care să producă L maşini care să producă L folosind o singură sursă de căldurăfolosind o singură sursă de căldură (Thomson)(Thomson)

IIntr-o transformare ciclică Q (primit) ntr-o transformare ciclică Q (primit) NUNU poate fi transformat integral icircn L poate fi transformat integral icircn L (efectuat)(efectuat)

QQpp L L Intr-un proces spontan ireversibil se Intr-un proces spontan ireversibil se

produce icircntotdeauna dezordineproduce icircntotdeauna dezordine

Sursa caldă

T1

Sursa receT2

SISTEMU

L = Q1 ndash Q2

Q1 Q2

0SL = Q le 0

ENTROPIAENTROPIA

Reprezintă măsura Reprezintă măsura ldquodezordiniirdquo din sistemldquodezordiniirdquo din sistem Boltzmann Boltzmann S = k ln N

k = constanta lui Boltzmannk = constanta lui Boltzmann N = probabilitatea termodinamicN = probabilitatea termodinamică (numărul de microstări posibile care ă (numărul de microstări posibile care

definesc identic starea macroscopică a sistemului)definesc identic starea macroscopică a sistemului)

Este Este o funco funcţţie deie de stare stare S = f(T) Variaţia de entropie Variaţia de entropie S este egală cu raportul dintre S este egală cu raportul dintre

cantitatea de căldura schimbată şi temperatura la care cantitatea de căldura schimbată şi temperatura la care are loc schimbul)are loc schimbul)

f

i

T

Tif T

dQS

ENERGIA LIBERĂ (Free energy) ENERGIA LIBERĂ (Free energy) ENTALPIA LIBERĂ (Gibbs)ENTALPIA LIBERĂ (Gibbs)

EEnergia liberănergia liberă (F) exprimă (F) exprimă capacitatea efectivă a acestuia de capacitatea efectivă a acestuia de a efectuaa efectua la temperatura la temperatura constanta)constanta) diferite acţiuni tip lucru diferite acţiuni tip lucru (travaliu)(travaliu)

La presiune si temperaturLa presiune si temperatură ă constantă constantă entalpia liberăentalpia liberă (G) (G) exprimă capacitatea reală a unui exprimă capacitatea reală a unui sistem de a efectua travaliusistem de a efectua travaliu

G H T S

U T S F F

G H T S

STUF

CAZURI PARTICULARECAZURI PARTICULARE

Procesele dinProcesele din sisteme izolate sisteme izolate ((U = 0)U = 0) creşterea creşterea SS implică scăderea implică scăderea FF FF devine devine minim icircn stareminim icircn stareaa de de

echilibruechilibru termodinamic termodinamic

Pentru sisteme neizolatePentru sisteme neizolate

F T S 0

T

QS revd

d

irevextirevextext SST

Q

T

QS

T

QS dd

ddd

dd

proceselproceselee iireversibilereversibile

proceselproceselee reversibile reversibile

STSTARAREEA A SISTEMULUI SISTEMULUI TERMODINAMICTERMODINAMIC

Totalitatea parametrilor intensivi şi Totalitatea parametrilor intensivi şi extensivi ce caracterizează sistemulextensivi ce caracterizează sistemulStarea de Echilibru TermodinamicStarea de Echilibru Termodinamic

Parametrii intensivi sunt constanţi icircn timp şi spaţiu Parametrii intensivi sunt constanţi icircn timp şi spaţiu ndash nu există diferenţe faţă de exterior sau icircntre ndash nu există diferenţe faţă de exterior sau icircntre diferite componente ale sistemuluidiferite componente ale sistemului

Starea StaţionarăStarea StaţionarăParametrii intensivi sunt constanţi icircn timp dar Parametrii intensivi sunt constanţi icircn timp dar

diferiţi icircn spaţiu ndash există diferenţe dar acestea sunt diferiţi icircn spaţiu ndash există diferenţe dar acestea sunt constanteconstante

CELULA VIE SE AFLĂ IN STARE STAŢIONARĂCELULA VIE SE AFLĂ IN STARE STAŢIONARĂ

PROCESE TERMODINAMICEPROCESE TERMODINAMICE Tansformare de stare = variaţia a cel puţin unui parametru

de stare Presupune fenomene de transport = fluxuri (cantitate ce

traversează unitatea de suprafaţă icircn unitatea de timp) de substanţă de energie

LUCRU (travaliu) = deplasări ordonate macroscopice CĂLDURĂ = deplasări dezordonate termice

Variaţia parametrilor intensivi pe o anumită distanţă = gradienţi termodinamici = forţe termodinamice

Variaţia parametrilor extensivi = fluxuri termodinamice

FORŢEFORŢE FLUXURIFLUXURI

Ex Ex proces proces cvasistaticcvasistatic poate fi reprezentat grafic poate fi reprezentat grafic

Procesul termodinamicProcesul termodinamic = trecerea unui = trecerea unui sistem termodinamic dintr-o stare icircn alta sistem termodinamic dintr-o stare icircn alta de la o stare iniţială către o stare finală de la o stare iniţială către o stare finală urmacircnd o anumită succesiune de stări urmacircnd o anumită succesiune de stări intermediare sau ldquotraiectorierdquointermediare sau ldquotraiectorierdquo

p

V

CLASIFICAREA PROCESELOR TERMODINAMICECLASIFICAREA PROCESELOR TERMODINAMICE

după după modul de variaţie amodul de variaţie a parametrilor de stare parametrilor de stare Diferenţiale ndash Diferenţiale ndash variavariaţii infinitezimaleţii infinitezimale IntegraleIntegrale ndash ndash variaţii finite discretevariaţii finite discrete

după viteza de desfăşuraredupă viteza de desfăşurare CvasistaticeCvasistatice ndash ndash dede echilibruechilibru NestaticeNestatice ndash ndash de ne-echilibrude ne-echilibru

după drumul urmat de procesdupă drumul urmat de proces CicliceCiclice ndash ndash starea finală = starea iniţialăstarea finală = starea iniţială ReversibileReversibile ndash se pot derula de la sine icircn ambele sensurindash se pot derula de la sine icircn ambele sensuri IreversibileIreversibile ndashse pot derula de la sine icircnndashse pot derula de la sine icircntr-un singurtr-un singur sens sens

după parametrul de stare menţinut după parametrul de stare menţinut ccononsstant icircn timpul transformăriitant icircn timpul transformării IzotermeIzoterme ndash T = constndash T = const izocoreizocore ndash V = constndash V = const IzobareIzobare ndash p = const ndash p = const

după energia schimbatădupă energia schimbată Exoterme Exoterme ndash cedează Qndash cedează Q Endoterme Endoterme ndash primesc Qndash primesc Q Adiabatice Adiabatice ndash nu schimbă Qndash nu schimbă Q

FORME ALE SCHIMBULUI DE ENERGIE FORME ALE SCHIMBULUI DE ENERGIE MĂRIMI DE PROCESMĂRIMI DE PROCES

Energia schimbată de un sistem termodinamic cu Energia schimbată de un sistem termodinamic cu exteriorul schimb icircn urma căruia are loc o variaţie a exteriorul schimb icircn urma căruia are loc o variaţie a parametrilor externi parametrilor externi prin prin mişcări ordonate al particulelor al particulelor din sistem din sistem se numeşte se numeşte

lucru (travaliu) (L) Energia schimbată de un sistem termodinamic cu mediul Energia schimbată de un sistem termodinamic cu mediul

exteriorexterior prin prin mişcări dezordonate (de agitaţie termică) a (de agitaţie termică) a particulelor din sistem atunciparticulelor din sistem atunci cacircnd parametrii externi nu cacircnd parametrii externi nu se modifică se numeşte se modifică se numeşte

căldură (Q) Căldura şi lucrul sunt Căldura şi lucrul sunt mărimi de proces ele caracterizacircnd ele caracterizacircnd

o transformare termodinamică suferită de sistem şi o transformare termodinamică suferită de sistem şi NUNU starea sistemuluistarea sistemului

UNITAŢI DE MĂSURĂUNITAŢI DE MĂSURĂ

Toate tipurile de energie se măsoară icircn Toate tipurile de energie se măsoară icircn Joule Joule (J)(J) Unităţi tolerateUnităţi tolerate

CCaloria aloria (1 cal = 418 J) folosită adesea pentru (1 cal = 418 J) folosită adesea pentru sistemele ce au la bază apa (sistemele vii) sistemele ce au la bază apa (sistemele vii) ndash ndash cantitateacantitatea de căldură necesară pentru a ridica temperatura unui de căldură necesară pentru a ridica temperatura unui gram de apă de la 145gram de apă de la 145C la 155C la 155CC

ElectronElectron--voltulvoltul (1 eV = 1610 (1 eV = 1610-19-19 J) pentru cacircmpuri J) pentru cacircmpuri electromagnetice ndash energia necesară pentru a deplasa electromagnetice ndash energia necesară pentru a deplasa un electron icircntr-un cacircmp electric de 1 Voltun electron icircntr-un cacircmp electric de 1 Volt pe distanţa pe distanţa de 1 mde 1 m

Lucrul (travaliul)Lucrul (travaliul) FormFormă a schimbului de energie realizat prin ă a schimbului de energie realizat prin

mişcarea ordonată a materieimişcarea ordonată a materiei lucru mecaniclucru mecanic

Deplasarea unui corp sub acţiunea unei forţe exterioare Deplasarea unui corp sub acţiunea unei forţe exterioare L = F L = F xx

Deformarea unui corp sub acţiunea forţelor interne (termice) Deformarea unui corp sub acţiunea forţelor interne (termice) L = p L = p VV

lucru electric deplasarea sarcinilor electrice sub lucru electric deplasarea sarcinilor electrice sub acţiunea unei diferenţe de potenţialacţiunea unei diferenţe de potenţial

L = U L = U qq lucru chimic deplasarea de substanţă sub efectul lucru chimic deplasarea de substanţă sub efectul

unei diferenţe de potenţial chimic (concentraţie)unei diferenţe de potenţial chimic (concentraţie)L = L =

PostulatePostulatele Termodinamiciile Termodinamicii

Primul postulatPrimul postulat (Boltzmann) (Boltzmann)

dacă sistemul este scos din starea de echilibru dacă sistemul este scos din starea de echilibru şi se izolează de mediul exterior atunci el revine şi se izolează de mediul exterior atunci el revine icircntotdeauna de la sine icircn starea de echilibru şi icircntotdeauna de la sine icircn starea de echilibru şi nu poate ieşi din această stare fără acţiunea nu poate ieşi din această stare fără acţiunea unor forţe exterioareunor forţe exterioare

Postulatul al doileaPostulatul al doilea parametru ce parametru ce caracterizează caracterizează starea destarea de echilibru termicechilibru termic al unui al unui sistem sistem este este temperatura (T)temperatura (T)

TEMPERATURATEMPERATURA

Parametrul ce caracterizează Parametrul ce caracterizează starea destarea de echilibru termicechilibru termic al unui sistem şi care are aceeaşi valoare icircn tot sistemul al unui sistem şi care are aceeaşi valoare icircn tot sistemul independent de numărul de particule din sistem se independent de numărul de particule din sistem se numeşte numeşte temperaturătemperatură

Temperatura este o măsură a intensităţii mişcării de Temperatura este o măsură a intensităţii mişcării de agitaţie termică şi are sens numai pentru sistemele aflate agitaţie termică şi are sens numai pentru sistemele aflate icircn stări de echilibru termic icircn stări de echilibru termic

Temperatura de Temperatura de zero absolutzero absolut (0 grade Kelvin) (0 grade Kelvin) corespunde situaţiei pur ipotetice icircn care icircncetează orice corespunde situaţiei pur ipotetice icircn care icircncetează orice mişcare de agitaţie termicămişcare de agitaţie termică

IIn cursul contactului termic se n cursul contactului termic se realizează schimb de realizează schimb de energie sub formă de energie sub formă de ccăldurăăldură (Q) (Q)

Principiul IPrincipiul I

Principiul conservării energiei e energia nu poate nergia nu poate fi creată din nimic nici nu poate disparefi creată din nimic nici nu poate dispare

Principiul echivalenţei energiei energia energia se se transformă calitativ dintr-o formă icircn alta transformă calitativ dintr-o formă icircn alta conservacircndu-se cantitativconservacircndu-se cantitativ

U = Q ndash L U = Q ndash L

ENERGIA INTERNĂENERGIA INTERNĂ

Suma tuturor energiilor cinetice (de mişcare) şi Suma tuturor energiilor cinetice (de mişcare) şi potenţiale (de interacţiune) a părţilor potenţiale (de interacţiune) a părţilor componente din sistem icircntre ele componente din sistem icircntre ele Energiile legăturilor chimice moleculareEnergiile legăturilor chimice moleculare Energiile legăturilor intermoleculareEnergiile legăturilor intermoleculare Energii atomice submoleculareEnergii atomice submoleculare Energii cinetice (translaţie rotaţie şi vibraţie) de tip Energii cinetice (translaţie rotaţie şi vibraţie) de tip

agitaţie termică la nivel molecular şi atomicagitaţie termică la nivel molecular şi atomic

EEste o funcţie de stareste o funcţie de stare

pt gazul ideal pt gazul ideal U = f(T)U = f(T)

Transformarea ciclicăTransformarea ciclică

UUn sistem poate efectua L numai dacă primeşte n sistem poate efectua L numai dacă primeşte Q din exteriorQ din exterior

imposibilitatea construirii unui ldquoperpetuum imposibilitatea construirii unui ldquoperpetuum mobilerdquo de tipul I adică imposibilitatea construirii mobilerdquo de tipul I adică imposibilitatea construirii unei maşini care să furnizeze lucru util fără să unei maşini care să furnizeze lucru util fără să primească energie din exteriorprimească energie din exterior

Transformarea izobarăTransformarea izobară

2 1 2 1pQ U p V U U p V V

Q U pV U pVP ( ) ( )2 2 1 1

Q H H HP 2 1

ENERGIA INTERNĂENERGIA INTERNĂ () () = ENTALPIE (H) = ENTALPIE (H)

potenpotenţţial utilizabilial utilizabilăă ca ca travaliutravaliu

H = U + pVH = U + pV

In natură majoritatea fenomenelor se petrec cu variaţia volumului dar la presiune constantă de obicei presiunea atmosferică

Principiul IPrincipiul II I

CarnotCarnot ( (18241824) ) randamentulrandamentul unei maşini termice care unei maşini termice care lucrează după un lucrează după un ciclu reversibilciclu reversibil nu depinde de substanţă de nu depinde de substanţă de lucru sau de construcţia maşinii lucru sau de construcţia maşinii ci numai de temperaturile sursei ci numai de temperaturile sursei calde şi sursei recicalde şi sursei reci

RRandamentul oricărei maşini andamentul oricărei maşini termice este icircntotdeauna mai termice este icircntotdeauna mai mic decacirct randamentul unei mic decacirct randamentul unei maşini termice care lucrează maşini termice care lucrează după un ciclu Carnot icircn acelaşi după un ciclu Carnot icircn acelaşi interval de temperaturăinterval de temperatură

L

Q

Q Q

Q

Q

Q

T

Tu

c

1 2

1

2

1

2

1

1 1

PPrincipiulrincipiul II = II = principiul creşterii principiul creşterii entropieientropiei

Studiul Studiul maşinilor termicemaşinilor termice CCăldura nu poate trece de la sine ăldura nu poate trece de la sine

(spontan) de la un corp rece la unul (spontan) de la un corp rece la unul caldcald (Clausius) (Clausius)

Nu Nu existexistă ă maşini care să producă L maşini care să producă L folosind o singură sursă de căldurăfolosind o singură sursă de căldură (Thomson)(Thomson)

IIntr-o transformare ciclică Q (primit) ntr-o transformare ciclică Q (primit) NUNU poate fi transformat integral icircn L poate fi transformat integral icircn L (efectuat)(efectuat)

QQpp L L Intr-un proces spontan ireversibil se Intr-un proces spontan ireversibil se

produce icircntotdeauna dezordineproduce icircntotdeauna dezordine

Sursa caldă

T1

Sursa receT2

SISTEMU

L = Q1 ndash Q2

Q1 Q2

0SL = Q le 0

ENTROPIAENTROPIA

Reprezintă măsura Reprezintă măsura ldquodezordiniirdquo din sistemldquodezordiniirdquo din sistem Boltzmann Boltzmann S = k ln N

k = constanta lui Boltzmannk = constanta lui Boltzmann N = probabilitatea termodinamicN = probabilitatea termodinamică (numărul de microstări posibile care ă (numărul de microstări posibile care

definesc identic starea macroscopică a sistemului)definesc identic starea macroscopică a sistemului)

Este Este o funco funcţţie deie de stare stare S = f(T) Variaţia de entropie Variaţia de entropie S este egală cu raportul dintre S este egală cu raportul dintre

cantitatea de căldura schimbată şi temperatura la care cantitatea de căldura schimbată şi temperatura la care are loc schimbul)are loc schimbul)

f

i

T

Tif T

dQS

ENERGIA LIBERĂ (Free energy) ENERGIA LIBERĂ (Free energy) ENTALPIA LIBERĂ (Gibbs)ENTALPIA LIBERĂ (Gibbs)

EEnergia liberănergia liberă (F) exprimă (F) exprimă capacitatea efectivă a acestuia de capacitatea efectivă a acestuia de a efectuaa efectua la temperatura la temperatura constanta)constanta) diferite acţiuni tip lucru diferite acţiuni tip lucru (travaliu)(travaliu)

La presiune si temperaturLa presiune si temperatură ă constantă constantă entalpia liberăentalpia liberă (G) (G) exprimă capacitatea reală a unui exprimă capacitatea reală a unui sistem de a efectua travaliusistem de a efectua travaliu

G H T S

U T S F F

G H T S

STUF

CAZURI PARTICULARECAZURI PARTICULARE

Procesele dinProcesele din sisteme izolate sisteme izolate ((U = 0)U = 0) creşterea creşterea SS implică scăderea implică scăderea FF FF devine devine minim icircn stareminim icircn stareaa de de

echilibruechilibru termodinamic termodinamic

Pentru sisteme neizolatePentru sisteme neizolate

F T S 0

T

QS revd

d

irevextirevextext SST

Q

T

QS

T

QS dd

ddd

dd

proceselproceselee iireversibilereversibile

proceselproceselee reversibile reversibile

PROCESE TERMODINAMICEPROCESE TERMODINAMICE Tansformare de stare = variaţia a cel puţin unui parametru

de stare Presupune fenomene de transport = fluxuri (cantitate ce

traversează unitatea de suprafaţă icircn unitatea de timp) de substanţă de energie

LUCRU (travaliu) = deplasări ordonate macroscopice CĂLDURĂ = deplasări dezordonate termice

Variaţia parametrilor intensivi pe o anumită distanţă = gradienţi termodinamici = forţe termodinamice

Variaţia parametrilor extensivi = fluxuri termodinamice

FORŢEFORŢE FLUXURIFLUXURI

Ex Ex proces proces cvasistaticcvasistatic poate fi reprezentat grafic poate fi reprezentat grafic

Procesul termodinamicProcesul termodinamic = trecerea unui = trecerea unui sistem termodinamic dintr-o stare icircn alta sistem termodinamic dintr-o stare icircn alta de la o stare iniţială către o stare finală de la o stare iniţială către o stare finală urmacircnd o anumită succesiune de stări urmacircnd o anumită succesiune de stări intermediare sau ldquotraiectorierdquointermediare sau ldquotraiectorierdquo

p

V

CLASIFICAREA PROCESELOR TERMODINAMICECLASIFICAREA PROCESELOR TERMODINAMICE

după după modul de variaţie amodul de variaţie a parametrilor de stare parametrilor de stare Diferenţiale ndash Diferenţiale ndash variavariaţii infinitezimaleţii infinitezimale IntegraleIntegrale ndash ndash variaţii finite discretevariaţii finite discrete

după viteza de desfăşuraredupă viteza de desfăşurare CvasistaticeCvasistatice ndash ndash dede echilibruechilibru NestaticeNestatice ndash ndash de ne-echilibrude ne-echilibru

după drumul urmat de procesdupă drumul urmat de proces CicliceCiclice ndash ndash starea finală = starea iniţialăstarea finală = starea iniţială ReversibileReversibile ndash se pot derula de la sine icircn ambele sensurindash se pot derula de la sine icircn ambele sensuri IreversibileIreversibile ndashse pot derula de la sine icircnndashse pot derula de la sine icircntr-un singurtr-un singur sens sens

după parametrul de stare menţinut după parametrul de stare menţinut ccononsstant icircn timpul transformăriitant icircn timpul transformării IzotermeIzoterme ndash T = constndash T = const izocoreizocore ndash V = constndash V = const IzobareIzobare ndash p = const ndash p = const

după energia schimbatădupă energia schimbată Exoterme Exoterme ndash cedează Qndash cedează Q Endoterme Endoterme ndash primesc Qndash primesc Q Adiabatice Adiabatice ndash nu schimbă Qndash nu schimbă Q

FORME ALE SCHIMBULUI DE ENERGIE FORME ALE SCHIMBULUI DE ENERGIE MĂRIMI DE PROCESMĂRIMI DE PROCES

Energia schimbată de un sistem termodinamic cu Energia schimbată de un sistem termodinamic cu exteriorul schimb icircn urma căruia are loc o variaţie a exteriorul schimb icircn urma căruia are loc o variaţie a parametrilor externi parametrilor externi prin prin mişcări ordonate al particulelor al particulelor din sistem din sistem se numeşte se numeşte

lucru (travaliu) (L) Energia schimbată de un sistem termodinamic cu mediul Energia schimbată de un sistem termodinamic cu mediul

exteriorexterior prin prin mişcări dezordonate (de agitaţie termică) a (de agitaţie termică) a particulelor din sistem atunciparticulelor din sistem atunci cacircnd parametrii externi nu cacircnd parametrii externi nu se modifică se numeşte se modifică se numeşte

căldură (Q) Căldura şi lucrul sunt Căldura şi lucrul sunt mărimi de proces ele caracterizacircnd ele caracterizacircnd

o transformare termodinamică suferită de sistem şi o transformare termodinamică suferită de sistem şi NUNU starea sistemuluistarea sistemului

UNITAŢI DE MĂSURĂUNITAŢI DE MĂSURĂ

Toate tipurile de energie se măsoară icircn Toate tipurile de energie se măsoară icircn Joule Joule (J)(J) Unităţi tolerateUnităţi tolerate

CCaloria aloria (1 cal = 418 J) folosită adesea pentru (1 cal = 418 J) folosită adesea pentru sistemele ce au la bază apa (sistemele vii) sistemele ce au la bază apa (sistemele vii) ndash ndash cantitateacantitatea de căldură necesară pentru a ridica temperatura unui de căldură necesară pentru a ridica temperatura unui gram de apă de la 145gram de apă de la 145C la 155C la 155CC

ElectronElectron--voltulvoltul (1 eV = 1610 (1 eV = 1610-19-19 J) pentru cacircmpuri J) pentru cacircmpuri electromagnetice ndash energia necesară pentru a deplasa electromagnetice ndash energia necesară pentru a deplasa un electron icircntr-un cacircmp electric de 1 Voltun electron icircntr-un cacircmp electric de 1 Volt pe distanţa pe distanţa de 1 mde 1 m

Lucrul (travaliul)Lucrul (travaliul) FormFormă a schimbului de energie realizat prin ă a schimbului de energie realizat prin

mişcarea ordonată a materieimişcarea ordonată a materiei lucru mecaniclucru mecanic

Deplasarea unui corp sub acţiunea unei forţe exterioare Deplasarea unui corp sub acţiunea unei forţe exterioare L = F L = F xx

Deformarea unui corp sub acţiunea forţelor interne (termice) Deformarea unui corp sub acţiunea forţelor interne (termice) L = p L = p VV

lucru electric deplasarea sarcinilor electrice sub lucru electric deplasarea sarcinilor electrice sub acţiunea unei diferenţe de potenţialacţiunea unei diferenţe de potenţial

L = U L = U qq lucru chimic deplasarea de substanţă sub efectul lucru chimic deplasarea de substanţă sub efectul

unei diferenţe de potenţial chimic (concentraţie)unei diferenţe de potenţial chimic (concentraţie)L = L =

PostulatePostulatele Termodinamiciile Termodinamicii

Primul postulatPrimul postulat (Boltzmann) (Boltzmann)

dacă sistemul este scos din starea de echilibru dacă sistemul este scos din starea de echilibru şi se izolează de mediul exterior atunci el revine şi se izolează de mediul exterior atunci el revine icircntotdeauna de la sine icircn starea de echilibru şi icircntotdeauna de la sine icircn starea de echilibru şi nu poate ieşi din această stare fără acţiunea nu poate ieşi din această stare fără acţiunea unor forţe exterioareunor forţe exterioare

Postulatul al doileaPostulatul al doilea parametru ce parametru ce caracterizează caracterizează starea destarea de echilibru termicechilibru termic al unui al unui sistem sistem este este temperatura (T)temperatura (T)

TEMPERATURATEMPERATURA

Parametrul ce caracterizează Parametrul ce caracterizează starea destarea de echilibru termicechilibru termic al unui sistem şi care are aceeaşi valoare icircn tot sistemul al unui sistem şi care are aceeaşi valoare icircn tot sistemul independent de numărul de particule din sistem se independent de numărul de particule din sistem se numeşte numeşte temperaturătemperatură

Temperatura este o măsură a intensităţii mişcării de Temperatura este o măsură a intensităţii mişcării de agitaţie termică şi are sens numai pentru sistemele aflate agitaţie termică şi are sens numai pentru sistemele aflate icircn stări de echilibru termic icircn stări de echilibru termic

Temperatura de Temperatura de zero absolutzero absolut (0 grade Kelvin) (0 grade Kelvin) corespunde situaţiei pur ipotetice icircn care icircncetează orice corespunde situaţiei pur ipotetice icircn care icircncetează orice mişcare de agitaţie termicămişcare de agitaţie termică

IIn cursul contactului termic se n cursul contactului termic se realizează schimb de realizează schimb de energie sub formă de energie sub formă de ccăldurăăldură (Q) (Q)

Principiul IPrincipiul I

Principiul conservării energiei e energia nu poate nergia nu poate fi creată din nimic nici nu poate disparefi creată din nimic nici nu poate dispare

Principiul echivalenţei energiei energia energia se se transformă calitativ dintr-o formă icircn alta transformă calitativ dintr-o formă icircn alta conservacircndu-se cantitativconservacircndu-se cantitativ

U = Q ndash L U = Q ndash L

ENERGIA INTERNĂENERGIA INTERNĂ

Suma tuturor energiilor cinetice (de mişcare) şi Suma tuturor energiilor cinetice (de mişcare) şi potenţiale (de interacţiune) a părţilor potenţiale (de interacţiune) a părţilor componente din sistem icircntre ele componente din sistem icircntre ele Energiile legăturilor chimice moleculareEnergiile legăturilor chimice moleculare Energiile legăturilor intermoleculareEnergiile legăturilor intermoleculare Energii atomice submoleculareEnergii atomice submoleculare Energii cinetice (translaţie rotaţie şi vibraţie) de tip Energii cinetice (translaţie rotaţie şi vibraţie) de tip

agitaţie termică la nivel molecular şi atomicagitaţie termică la nivel molecular şi atomic

EEste o funcţie de stareste o funcţie de stare

pt gazul ideal pt gazul ideal U = f(T)U = f(T)

Transformarea ciclicăTransformarea ciclică

UUn sistem poate efectua L numai dacă primeşte n sistem poate efectua L numai dacă primeşte Q din exteriorQ din exterior

imposibilitatea construirii unui ldquoperpetuum imposibilitatea construirii unui ldquoperpetuum mobilerdquo de tipul I adică imposibilitatea construirii mobilerdquo de tipul I adică imposibilitatea construirii unei maşini care să furnizeze lucru util fără să unei maşini care să furnizeze lucru util fără să primească energie din exteriorprimească energie din exterior

Transformarea izobarăTransformarea izobară

2 1 2 1pQ U p V U U p V V

Q U pV U pVP ( ) ( )2 2 1 1

Q H H HP 2 1

ENERGIA INTERNĂENERGIA INTERNĂ () () = ENTALPIE (H) = ENTALPIE (H)

potenpotenţţial utilizabilial utilizabilăă ca ca travaliutravaliu

H = U + pVH = U + pV

In natură majoritatea fenomenelor se petrec cu variaţia volumului dar la presiune constantă de obicei presiunea atmosferică

Principiul IPrincipiul II I

CarnotCarnot ( (18241824) ) randamentulrandamentul unei maşini termice care unei maşini termice care lucrează după un lucrează după un ciclu reversibilciclu reversibil nu depinde de substanţă de nu depinde de substanţă de lucru sau de construcţia maşinii lucru sau de construcţia maşinii ci numai de temperaturile sursei ci numai de temperaturile sursei calde şi sursei recicalde şi sursei reci

RRandamentul oricărei maşini andamentul oricărei maşini termice este icircntotdeauna mai termice este icircntotdeauna mai mic decacirct randamentul unei mic decacirct randamentul unei maşini termice care lucrează maşini termice care lucrează după un ciclu Carnot icircn acelaşi după un ciclu Carnot icircn acelaşi interval de temperaturăinterval de temperatură

L

Q

Q Q

Q

Q

Q

T

Tu

c

1 2

1

2

1

2

1

1 1

PPrincipiulrincipiul II = II = principiul creşterii principiul creşterii entropieientropiei

Studiul Studiul maşinilor termicemaşinilor termice CCăldura nu poate trece de la sine ăldura nu poate trece de la sine

(spontan) de la un corp rece la unul (spontan) de la un corp rece la unul caldcald (Clausius) (Clausius)

Nu Nu existexistă ă maşini care să producă L maşini care să producă L folosind o singură sursă de căldurăfolosind o singură sursă de căldură (Thomson)(Thomson)

IIntr-o transformare ciclică Q (primit) ntr-o transformare ciclică Q (primit) NUNU poate fi transformat integral icircn L poate fi transformat integral icircn L (efectuat)(efectuat)

QQpp L L Intr-un proces spontan ireversibil se Intr-un proces spontan ireversibil se

produce icircntotdeauna dezordineproduce icircntotdeauna dezordine

Sursa caldă

T1

Sursa receT2

SISTEMU

L = Q1 ndash Q2

Q1 Q2

0SL = Q le 0

ENTROPIAENTROPIA

Reprezintă măsura Reprezintă măsura ldquodezordiniirdquo din sistemldquodezordiniirdquo din sistem Boltzmann Boltzmann S = k ln N

k = constanta lui Boltzmannk = constanta lui Boltzmann N = probabilitatea termodinamicN = probabilitatea termodinamică (numărul de microstări posibile care ă (numărul de microstări posibile care

definesc identic starea macroscopică a sistemului)definesc identic starea macroscopică a sistemului)

Este Este o funco funcţţie deie de stare stare S = f(T) Variaţia de entropie Variaţia de entropie S este egală cu raportul dintre S este egală cu raportul dintre

cantitatea de căldura schimbată şi temperatura la care cantitatea de căldura schimbată şi temperatura la care are loc schimbul)are loc schimbul)

f

i

T

Tif T

dQS

ENERGIA LIBERĂ (Free energy) ENERGIA LIBERĂ (Free energy) ENTALPIA LIBERĂ (Gibbs)ENTALPIA LIBERĂ (Gibbs)

EEnergia liberănergia liberă (F) exprimă (F) exprimă capacitatea efectivă a acestuia de capacitatea efectivă a acestuia de a efectuaa efectua la temperatura la temperatura constanta)constanta) diferite acţiuni tip lucru diferite acţiuni tip lucru (travaliu)(travaliu)

La presiune si temperaturLa presiune si temperatură ă constantă constantă entalpia liberăentalpia liberă (G) (G) exprimă capacitatea reală a unui exprimă capacitatea reală a unui sistem de a efectua travaliusistem de a efectua travaliu

G H T S

U T S F F

G H T S

STUF

CAZURI PARTICULARECAZURI PARTICULARE

Procesele dinProcesele din sisteme izolate sisteme izolate ((U = 0)U = 0) creşterea creşterea SS implică scăderea implică scăderea FF FF devine devine minim icircn stareminim icircn stareaa de de

echilibruechilibru termodinamic termodinamic

Pentru sisteme neizolatePentru sisteme neizolate

F T S 0

T

QS revd

d

irevextirevextext SST

Q

T

QS

T

QS dd

ddd

dd

proceselproceselee iireversibilereversibile

proceselproceselee reversibile reversibile

Ex Ex proces proces cvasistaticcvasistatic poate fi reprezentat grafic poate fi reprezentat grafic

Procesul termodinamicProcesul termodinamic = trecerea unui = trecerea unui sistem termodinamic dintr-o stare icircn alta sistem termodinamic dintr-o stare icircn alta de la o stare iniţială către o stare finală de la o stare iniţială către o stare finală urmacircnd o anumită succesiune de stări urmacircnd o anumită succesiune de stări intermediare sau ldquotraiectorierdquointermediare sau ldquotraiectorierdquo

p

V

CLASIFICAREA PROCESELOR TERMODINAMICECLASIFICAREA PROCESELOR TERMODINAMICE

după după modul de variaţie amodul de variaţie a parametrilor de stare parametrilor de stare Diferenţiale ndash Diferenţiale ndash variavariaţii infinitezimaleţii infinitezimale IntegraleIntegrale ndash ndash variaţii finite discretevariaţii finite discrete

după viteza de desfăşuraredupă viteza de desfăşurare CvasistaticeCvasistatice ndash ndash dede echilibruechilibru NestaticeNestatice ndash ndash de ne-echilibrude ne-echilibru

după drumul urmat de procesdupă drumul urmat de proces CicliceCiclice ndash ndash starea finală = starea iniţialăstarea finală = starea iniţială ReversibileReversibile ndash se pot derula de la sine icircn ambele sensurindash se pot derula de la sine icircn ambele sensuri IreversibileIreversibile ndashse pot derula de la sine icircnndashse pot derula de la sine icircntr-un singurtr-un singur sens sens

după parametrul de stare menţinut după parametrul de stare menţinut ccononsstant icircn timpul transformăriitant icircn timpul transformării IzotermeIzoterme ndash T = constndash T = const izocoreizocore ndash V = constndash V = const IzobareIzobare ndash p = const ndash p = const

după energia schimbatădupă energia schimbată Exoterme Exoterme ndash cedează Qndash cedează Q Endoterme Endoterme ndash primesc Qndash primesc Q Adiabatice Adiabatice ndash nu schimbă Qndash nu schimbă Q

FORME ALE SCHIMBULUI DE ENERGIE FORME ALE SCHIMBULUI DE ENERGIE MĂRIMI DE PROCESMĂRIMI DE PROCES

Energia schimbată de un sistem termodinamic cu Energia schimbată de un sistem termodinamic cu exteriorul schimb icircn urma căruia are loc o variaţie a exteriorul schimb icircn urma căruia are loc o variaţie a parametrilor externi parametrilor externi prin prin mişcări ordonate al particulelor al particulelor din sistem din sistem se numeşte se numeşte

lucru (travaliu) (L) Energia schimbată de un sistem termodinamic cu mediul Energia schimbată de un sistem termodinamic cu mediul

exteriorexterior prin prin mişcări dezordonate (de agitaţie termică) a (de agitaţie termică) a particulelor din sistem atunciparticulelor din sistem atunci cacircnd parametrii externi nu cacircnd parametrii externi nu se modifică se numeşte se modifică se numeşte

căldură (Q) Căldura şi lucrul sunt Căldura şi lucrul sunt mărimi de proces ele caracterizacircnd ele caracterizacircnd

o transformare termodinamică suferită de sistem şi o transformare termodinamică suferită de sistem şi NUNU starea sistemuluistarea sistemului

UNITAŢI DE MĂSURĂUNITAŢI DE MĂSURĂ

Toate tipurile de energie se măsoară icircn Toate tipurile de energie se măsoară icircn Joule Joule (J)(J) Unităţi tolerateUnităţi tolerate

CCaloria aloria (1 cal = 418 J) folosită adesea pentru (1 cal = 418 J) folosită adesea pentru sistemele ce au la bază apa (sistemele vii) sistemele ce au la bază apa (sistemele vii) ndash ndash cantitateacantitatea de căldură necesară pentru a ridica temperatura unui de căldură necesară pentru a ridica temperatura unui gram de apă de la 145gram de apă de la 145C la 155C la 155CC

ElectronElectron--voltulvoltul (1 eV = 1610 (1 eV = 1610-19-19 J) pentru cacircmpuri J) pentru cacircmpuri electromagnetice ndash energia necesară pentru a deplasa electromagnetice ndash energia necesară pentru a deplasa un electron icircntr-un cacircmp electric de 1 Voltun electron icircntr-un cacircmp electric de 1 Volt pe distanţa pe distanţa de 1 mde 1 m

Lucrul (travaliul)Lucrul (travaliul) FormFormă a schimbului de energie realizat prin ă a schimbului de energie realizat prin

mişcarea ordonată a materieimişcarea ordonată a materiei lucru mecaniclucru mecanic

Deplasarea unui corp sub acţiunea unei forţe exterioare Deplasarea unui corp sub acţiunea unei forţe exterioare L = F L = F xx

Deformarea unui corp sub acţiunea forţelor interne (termice) Deformarea unui corp sub acţiunea forţelor interne (termice) L = p L = p VV

lucru electric deplasarea sarcinilor electrice sub lucru electric deplasarea sarcinilor electrice sub acţiunea unei diferenţe de potenţialacţiunea unei diferenţe de potenţial

L = U L = U qq lucru chimic deplasarea de substanţă sub efectul lucru chimic deplasarea de substanţă sub efectul

unei diferenţe de potenţial chimic (concentraţie)unei diferenţe de potenţial chimic (concentraţie)L = L =

PostulatePostulatele Termodinamiciile Termodinamicii

Primul postulatPrimul postulat (Boltzmann) (Boltzmann)

dacă sistemul este scos din starea de echilibru dacă sistemul este scos din starea de echilibru şi se izolează de mediul exterior atunci el revine şi se izolează de mediul exterior atunci el revine icircntotdeauna de la sine icircn starea de echilibru şi icircntotdeauna de la sine icircn starea de echilibru şi nu poate ieşi din această stare fără acţiunea nu poate ieşi din această stare fără acţiunea unor forţe exterioareunor forţe exterioare

Postulatul al doileaPostulatul al doilea parametru ce parametru ce caracterizează caracterizează starea destarea de echilibru termicechilibru termic al unui al unui sistem sistem este este temperatura (T)temperatura (T)

TEMPERATURATEMPERATURA

Parametrul ce caracterizează Parametrul ce caracterizează starea destarea de echilibru termicechilibru termic al unui sistem şi care are aceeaşi valoare icircn tot sistemul al unui sistem şi care are aceeaşi valoare icircn tot sistemul independent de numărul de particule din sistem se independent de numărul de particule din sistem se numeşte numeşte temperaturătemperatură

Temperatura este o măsură a intensităţii mişcării de Temperatura este o măsură a intensităţii mişcării de agitaţie termică şi are sens numai pentru sistemele aflate agitaţie termică şi are sens numai pentru sistemele aflate icircn stări de echilibru termic icircn stări de echilibru termic

Temperatura de Temperatura de zero absolutzero absolut (0 grade Kelvin) (0 grade Kelvin) corespunde situaţiei pur ipotetice icircn care icircncetează orice corespunde situaţiei pur ipotetice icircn care icircncetează orice mişcare de agitaţie termicămişcare de agitaţie termică

IIn cursul contactului termic se n cursul contactului termic se realizează schimb de realizează schimb de energie sub formă de energie sub formă de ccăldurăăldură (Q) (Q)

Principiul IPrincipiul I

Principiul conservării energiei e energia nu poate nergia nu poate fi creată din nimic nici nu poate disparefi creată din nimic nici nu poate dispare

Principiul echivalenţei energiei energia energia se se transformă calitativ dintr-o formă icircn alta transformă calitativ dintr-o formă icircn alta conservacircndu-se cantitativconservacircndu-se cantitativ

U = Q ndash L U = Q ndash L

ENERGIA INTERNĂENERGIA INTERNĂ

Suma tuturor energiilor cinetice (de mişcare) şi Suma tuturor energiilor cinetice (de mişcare) şi potenţiale (de interacţiune) a părţilor potenţiale (de interacţiune) a părţilor componente din sistem icircntre ele componente din sistem icircntre ele Energiile legăturilor chimice moleculareEnergiile legăturilor chimice moleculare Energiile legăturilor intermoleculareEnergiile legăturilor intermoleculare Energii atomice submoleculareEnergii atomice submoleculare Energii cinetice (translaţie rotaţie şi vibraţie) de tip Energii cinetice (translaţie rotaţie şi vibraţie) de tip

agitaţie termică la nivel molecular şi atomicagitaţie termică la nivel molecular şi atomic

EEste o funcţie de stareste o funcţie de stare

pt gazul ideal pt gazul ideal U = f(T)U = f(T)

Transformarea ciclicăTransformarea ciclică

UUn sistem poate efectua L numai dacă primeşte n sistem poate efectua L numai dacă primeşte Q din exteriorQ din exterior

imposibilitatea construirii unui ldquoperpetuum imposibilitatea construirii unui ldquoperpetuum mobilerdquo de tipul I adică imposibilitatea construirii mobilerdquo de tipul I adică imposibilitatea construirii unei maşini care să furnizeze lucru util fără să unei maşini care să furnizeze lucru util fără să primească energie din exteriorprimească energie din exterior

Transformarea izobarăTransformarea izobară

2 1 2 1pQ U p V U U p V V

Q U pV U pVP ( ) ( )2 2 1 1

Q H H HP 2 1

ENERGIA INTERNĂENERGIA INTERNĂ () () = ENTALPIE (H) = ENTALPIE (H)

potenpotenţţial utilizabilial utilizabilăă ca ca travaliutravaliu

H = U + pVH = U + pV

In natură majoritatea fenomenelor se petrec cu variaţia volumului dar la presiune constantă de obicei presiunea atmosferică

Principiul IPrincipiul II I

CarnotCarnot ( (18241824) ) randamentulrandamentul unei maşini termice care unei maşini termice care lucrează după un lucrează după un ciclu reversibilciclu reversibil nu depinde de substanţă de nu depinde de substanţă de lucru sau de construcţia maşinii lucru sau de construcţia maşinii ci numai de temperaturile sursei ci numai de temperaturile sursei calde şi sursei recicalde şi sursei reci

RRandamentul oricărei maşini andamentul oricărei maşini termice este icircntotdeauna mai termice este icircntotdeauna mai mic decacirct randamentul unei mic decacirct randamentul unei maşini termice care lucrează maşini termice care lucrează după un ciclu Carnot icircn acelaşi după un ciclu Carnot icircn acelaşi interval de temperaturăinterval de temperatură

L

Q

Q Q

Q

Q

Q

T

Tu

c

1 2

1

2

1

2

1

1 1

PPrincipiulrincipiul II = II = principiul creşterii principiul creşterii entropieientropiei

Studiul Studiul maşinilor termicemaşinilor termice CCăldura nu poate trece de la sine ăldura nu poate trece de la sine

(spontan) de la un corp rece la unul (spontan) de la un corp rece la unul caldcald (Clausius) (Clausius)

Nu Nu existexistă ă maşini care să producă L maşini care să producă L folosind o singură sursă de căldurăfolosind o singură sursă de căldură (Thomson)(Thomson)

IIntr-o transformare ciclică Q (primit) ntr-o transformare ciclică Q (primit) NUNU poate fi transformat integral icircn L poate fi transformat integral icircn L (efectuat)(efectuat)

QQpp L L Intr-un proces spontan ireversibil se Intr-un proces spontan ireversibil se

produce icircntotdeauna dezordineproduce icircntotdeauna dezordine

Sursa caldă

T1

Sursa receT2

SISTEMU

L = Q1 ndash Q2

Q1 Q2

0SL = Q le 0

ENTROPIAENTROPIA

Reprezintă măsura Reprezintă măsura ldquodezordiniirdquo din sistemldquodezordiniirdquo din sistem Boltzmann Boltzmann S = k ln N

k = constanta lui Boltzmannk = constanta lui Boltzmann N = probabilitatea termodinamicN = probabilitatea termodinamică (numărul de microstări posibile care ă (numărul de microstări posibile care

definesc identic starea macroscopică a sistemului)definesc identic starea macroscopică a sistemului)

Este Este o funco funcţţie deie de stare stare S = f(T) Variaţia de entropie Variaţia de entropie S este egală cu raportul dintre S este egală cu raportul dintre

cantitatea de căldura schimbată şi temperatura la care cantitatea de căldura schimbată şi temperatura la care are loc schimbul)are loc schimbul)

f

i

T

Tif T

dQS

ENERGIA LIBERĂ (Free energy) ENERGIA LIBERĂ (Free energy) ENTALPIA LIBERĂ (Gibbs)ENTALPIA LIBERĂ (Gibbs)

EEnergia liberănergia liberă (F) exprimă (F) exprimă capacitatea efectivă a acestuia de capacitatea efectivă a acestuia de a efectuaa efectua la temperatura la temperatura constanta)constanta) diferite acţiuni tip lucru diferite acţiuni tip lucru (travaliu)(travaliu)

La presiune si temperaturLa presiune si temperatură ă constantă constantă entalpia liberăentalpia liberă (G) (G) exprimă capacitatea reală a unui exprimă capacitatea reală a unui sistem de a efectua travaliusistem de a efectua travaliu

G H T S

U T S F F

G H T S

STUF

CAZURI PARTICULARECAZURI PARTICULARE

Procesele dinProcesele din sisteme izolate sisteme izolate ((U = 0)U = 0) creşterea creşterea SS implică scăderea implică scăderea FF FF devine devine minim icircn stareminim icircn stareaa de de

echilibruechilibru termodinamic termodinamic

Pentru sisteme neizolatePentru sisteme neizolate

F T S 0

T

QS revd

d

irevextirevextext SST

Q

T

QS

T

QS dd

ddd

dd

proceselproceselee iireversibilereversibile

proceselproceselee reversibile reversibile

CLASIFICAREA PROCESELOR TERMODINAMICECLASIFICAREA PROCESELOR TERMODINAMICE

după după modul de variaţie amodul de variaţie a parametrilor de stare parametrilor de stare Diferenţiale ndash Diferenţiale ndash variavariaţii infinitezimaleţii infinitezimale IntegraleIntegrale ndash ndash variaţii finite discretevariaţii finite discrete

după viteza de desfăşuraredupă viteza de desfăşurare CvasistaticeCvasistatice ndash ndash dede echilibruechilibru NestaticeNestatice ndash ndash de ne-echilibrude ne-echilibru

după drumul urmat de procesdupă drumul urmat de proces CicliceCiclice ndash ndash starea finală = starea iniţialăstarea finală = starea iniţială ReversibileReversibile ndash se pot derula de la sine icircn ambele sensurindash se pot derula de la sine icircn ambele sensuri IreversibileIreversibile ndashse pot derula de la sine icircnndashse pot derula de la sine icircntr-un singurtr-un singur sens sens

după parametrul de stare menţinut după parametrul de stare menţinut ccononsstant icircn timpul transformăriitant icircn timpul transformării IzotermeIzoterme ndash T = constndash T = const izocoreizocore ndash V = constndash V = const IzobareIzobare ndash p = const ndash p = const

după energia schimbatădupă energia schimbată Exoterme Exoterme ndash cedează Qndash cedează Q Endoterme Endoterme ndash primesc Qndash primesc Q Adiabatice Adiabatice ndash nu schimbă Qndash nu schimbă Q

FORME ALE SCHIMBULUI DE ENERGIE FORME ALE SCHIMBULUI DE ENERGIE MĂRIMI DE PROCESMĂRIMI DE PROCES

Energia schimbată de un sistem termodinamic cu Energia schimbată de un sistem termodinamic cu exteriorul schimb icircn urma căruia are loc o variaţie a exteriorul schimb icircn urma căruia are loc o variaţie a parametrilor externi parametrilor externi prin prin mişcări ordonate al particulelor al particulelor din sistem din sistem se numeşte se numeşte

lucru (travaliu) (L) Energia schimbată de un sistem termodinamic cu mediul Energia schimbată de un sistem termodinamic cu mediul

exteriorexterior prin prin mişcări dezordonate (de agitaţie termică) a (de agitaţie termică) a particulelor din sistem atunciparticulelor din sistem atunci cacircnd parametrii externi nu cacircnd parametrii externi nu se modifică se numeşte se modifică se numeşte

căldură (Q) Căldura şi lucrul sunt Căldura şi lucrul sunt mărimi de proces ele caracterizacircnd ele caracterizacircnd

o transformare termodinamică suferită de sistem şi o transformare termodinamică suferită de sistem şi NUNU starea sistemuluistarea sistemului

UNITAŢI DE MĂSURĂUNITAŢI DE MĂSURĂ

Toate tipurile de energie se măsoară icircn Toate tipurile de energie se măsoară icircn Joule Joule (J)(J) Unităţi tolerateUnităţi tolerate

CCaloria aloria (1 cal = 418 J) folosită adesea pentru (1 cal = 418 J) folosită adesea pentru sistemele ce au la bază apa (sistemele vii) sistemele ce au la bază apa (sistemele vii) ndash ndash cantitateacantitatea de căldură necesară pentru a ridica temperatura unui de căldură necesară pentru a ridica temperatura unui gram de apă de la 145gram de apă de la 145C la 155C la 155CC

ElectronElectron--voltulvoltul (1 eV = 1610 (1 eV = 1610-19-19 J) pentru cacircmpuri J) pentru cacircmpuri electromagnetice ndash energia necesară pentru a deplasa electromagnetice ndash energia necesară pentru a deplasa un electron icircntr-un cacircmp electric de 1 Voltun electron icircntr-un cacircmp electric de 1 Volt pe distanţa pe distanţa de 1 mde 1 m

Lucrul (travaliul)Lucrul (travaliul) FormFormă a schimbului de energie realizat prin ă a schimbului de energie realizat prin

mişcarea ordonată a materieimişcarea ordonată a materiei lucru mecaniclucru mecanic

Deplasarea unui corp sub acţiunea unei forţe exterioare Deplasarea unui corp sub acţiunea unei forţe exterioare L = F L = F xx

Deformarea unui corp sub acţiunea forţelor interne (termice) Deformarea unui corp sub acţiunea forţelor interne (termice) L = p L = p VV

lucru electric deplasarea sarcinilor electrice sub lucru electric deplasarea sarcinilor electrice sub acţiunea unei diferenţe de potenţialacţiunea unei diferenţe de potenţial

L = U L = U qq lucru chimic deplasarea de substanţă sub efectul lucru chimic deplasarea de substanţă sub efectul

unei diferenţe de potenţial chimic (concentraţie)unei diferenţe de potenţial chimic (concentraţie)L = L =

PostulatePostulatele Termodinamiciile Termodinamicii

Primul postulatPrimul postulat (Boltzmann) (Boltzmann)

dacă sistemul este scos din starea de echilibru dacă sistemul este scos din starea de echilibru şi se izolează de mediul exterior atunci el revine şi se izolează de mediul exterior atunci el revine icircntotdeauna de la sine icircn starea de echilibru şi icircntotdeauna de la sine icircn starea de echilibru şi nu poate ieşi din această stare fără acţiunea nu poate ieşi din această stare fără acţiunea unor forţe exterioareunor forţe exterioare

Postulatul al doileaPostulatul al doilea parametru ce parametru ce caracterizează caracterizează starea destarea de echilibru termicechilibru termic al unui al unui sistem sistem este este temperatura (T)temperatura (T)

TEMPERATURATEMPERATURA

Parametrul ce caracterizează Parametrul ce caracterizează starea destarea de echilibru termicechilibru termic al unui sistem şi care are aceeaşi valoare icircn tot sistemul al unui sistem şi care are aceeaşi valoare icircn tot sistemul independent de numărul de particule din sistem se independent de numărul de particule din sistem se numeşte numeşte temperaturătemperatură

Temperatura este o măsură a intensităţii mişcării de Temperatura este o măsură a intensităţii mişcării de agitaţie termică şi are sens numai pentru sistemele aflate agitaţie termică şi are sens numai pentru sistemele aflate icircn stări de echilibru termic icircn stări de echilibru termic

Temperatura de Temperatura de zero absolutzero absolut (0 grade Kelvin) (0 grade Kelvin) corespunde situaţiei pur ipotetice icircn care icircncetează orice corespunde situaţiei pur ipotetice icircn care icircncetează orice mişcare de agitaţie termicămişcare de agitaţie termică

IIn cursul contactului termic se n cursul contactului termic se realizează schimb de realizează schimb de energie sub formă de energie sub formă de ccăldurăăldură (Q) (Q)

Principiul IPrincipiul I

Principiul conservării energiei e energia nu poate nergia nu poate fi creată din nimic nici nu poate disparefi creată din nimic nici nu poate dispare

Principiul echivalenţei energiei energia energia se se transformă calitativ dintr-o formă icircn alta transformă calitativ dintr-o formă icircn alta conservacircndu-se cantitativconservacircndu-se cantitativ

U = Q ndash L U = Q ndash L

ENERGIA INTERNĂENERGIA INTERNĂ

Suma tuturor energiilor cinetice (de mişcare) şi Suma tuturor energiilor cinetice (de mişcare) şi potenţiale (de interacţiune) a părţilor potenţiale (de interacţiune) a părţilor componente din sistem icircntre ele componente din sistem icircntre ele Energiile legăturilor chimice moleculareEnergiile legăturilor chimice moleculare Energiile legăturilor intermoleculareEnergiile legăturilor intermoleculare Energii atomice submoleculareEnergii atomice submoleculare Energii cinetice (translaţie rotaţie şi vibraţie) de tip Energii cinetice (translaţie rotaţie şi vibraţie) de tip

agitaţie termică la nivel molecular şi atomicagitaţie termică la nivel molecular şi atomic

EEste o funcţie de stareste o funcţie de stare

pt gazul ideal pt gazul ideal U = f(T)U = f(T)

Transformarea ciclicăTransformarea ciclică

UUn sistem poate efectua L numai dacă primeşte n sistem poate efectua L numai dacă primeşte Q din exteriorQ din exterior

imposibilitatea construirii unui ldquoperpetuum imposibilitatea construirii unui ldquoperpetuum mobilerdquo de tipul I adică imposibilitatea construirii mobilerdquo de tipul I adică imposibilitatea construirii unei maşini care să furnizeze lucru util fără să unei maşini care să furnizeze lucru util fără să primească energie din exteriorprimească energie din exterior

Transformarea izobarăTransformarea izobară

2 1 2 1pQ U p V U U p V V

Q U pV U pVP ( ) ( )2 2 1 1

Q H H HP 2 1

ENERGIA INTERNĂENERGIA INTERNĂ () () = ENTALPIE (H) = ENTALPIE (H)

potenpotenţţial utilizabilial utilizabilăă ca ca travaliutravaliu

H = U + pVH = U + pV

In natură majoritatea fenomenelor se petrec cu variaţia volumului dar la presiune constantă de obicei presiunea atmosferică

Principiul IPrincipiul II I

CarnotCarnot ( (18241824) ) randamentulrandamentul unei maşini termice care unei maşini termice care lucrează după un lucrează după un ciclu reversibilciclu reversibil nu depinde de substanţă de nu depinde de substanţă de lucru sau de construcţia maşinii lucru sau de construcţia maşinii ci numai de temperaturile sursei ci numai de temperaturile sursei calde şi sursei recicalde şi sursei reci

RRandamentul oricărei maşini andamentul oricărei maşini termice este icircntotdeauna mai termice este icircntotdeauna mai mic decacirct randamentul unei mic decacirct randamentul unei maşini termice care lucrează maşini termice care lucrează după un ciclu Carnot icircn acelaşi după un ciclu Carnot icircn acelaşi interval de temperaturăinterval de temperatură

L

Q

Q Q

Q

Q

Q

T

Tu

c

1 2

1

2

1

2

1

1 1

PPrincipiulrincipiul II = II = principiul creşterii principiul creşterii entropieientropiei

Studiul Studiul maşinilor termicemaşinilor termice CCăldura nu poate trece de la sine ăldura nu poate trece de la sine

(spontan) de la un corp rece la unul (spontan) de la un corp rece la unul caldcald (Clausius) (Clausius)

Nu Nu existexistă ă maşini care să producă L maşini care să producă L folosind o singură sursă de căldurăfolosind o singură sursă de căldură (Thomson)(Thomson)

IIntr-o transformare ciclică Q (primit) ntr-o transformare ciclică Q (primit) NUNU poate fi transformat integral icircn L poate fi transformat integral icircn L (efectuat)(efectuat)

QQpp L L Intr-un proces spontan ireversibil se Intr-un proces spontan ireversibil se

produce icircntotdeauna dezordineproduce icircntotdeauna dezordine

Sursa caldă

T1

Sursa receT2

SISTEMU

L = Q1 ndash Q2

Q1 Q2

0SL = Q le 0

ENTROPIAENTROPIA

Reprezintă măsura Reprezintă măsura ldquodezordiniirdquo din sistemldquodezordiniirdquo din sistem Boltzmann Boltzmann S = k ln N

k = constanta lui Boltzmannk = constanta lui Boltzmann N = probabilitatea termodinamicN = probabilitatea termodinamică (numărul de microstări posibile care ă (numărul de microstări posibile care

definesc identic starea macroscopică a sistemului)definesc identic starea macroscopică a sistemului)

Este Este o funco funcţţie deie de stare stare S = f(T) Variaţia de entropie Variaţia de entropie S este egală cu raportul dintre S este egală cu raportul dintre

cantitatea de căldura schimbată şi temperatura la care cantitatea de căldura schimbată şi temperatura la care are loc schimbul)are loc schimbul)

f

i

T

Tif T

dQS

ENERGIA LIBERĂ (Free energy) ENERGIA LIBERĂ (Free energy) ENTALPIA LIBERĂ (Gibbs)ENTALPIA LIBERĂ (Gibbs)

EEnergia liberănergia liberă (F) exprimă (F) exprimă capacitatea efectivă a acestuia de capacitatea efectivă a acestuia de a efectuaa efectua la temperatura la temperatura constanta)constanta) diferite acţiuni tip lucru diferite acţiuni tip lucru (travaliu)(travaliu)

La presiune si temperaturLa presiune si temperatură ă constantă constantă entalpia liberăentalpia liberă (G) (G) exprimă capacitatea reală a unui exprimă capacitatea reală a unui sistem de a efectua travaliusistem de a efectua travaliu

G H T S

U T S F F

G H T S

STUF

CAZURI PARTICULARECAZURI PARTICULARE

Procesele dinProcesele din sisteme izolate sisteme izolate ((U = 0)U = 0) creşterea creşterea SS implică scăderea implică scăderea FF FF devine devine minim icircn stareminim icircn stareaa de de

echilibruechilibru termodinamic termodinamic

Pentru sisteme neizolatePentru sisteme neizolate

F T S 0

T

QS revd

d

irevextirevextext SST

Q

T

QS

T

QS dd

ddd

dd

proceselproceselee iireversibilereversibile

proceselproceselee reversibile reversibile

FORME ALE SCHIMBULUI DE ENERGIE FORME ALE SCHIMBULUI DE ENERGIE MĂRIMI DE PROCESMĂRIMI DE PROCES

Energia schimbată de un sistem termodinamic cu Energia schimbată de un sistem termodinamic cu exteriorul schimb icircn urma căruia are loc o variaţie a exteriorul schimb icircn urma căruia are loc o variaţie a parametrilor externi parametrilor externi prin prin mişcări ordonate al particulelor al particulelor din sistem din sistem se numeşte se numeşte

lucru (travaliu) (L) Energia schimbată de un sistem termodinamic cu mediul Energia schimbată de un sistem termodinamic cu mediul

exteriorexterior prin prin mişcări dezordonate (de agitaţie termică) a (de agitaţie termică) a particulelor din sistem atunciparticulelor din sistem atunci cacircnd parametrii externi nu cacircnd parametrii externi nu se modifică se numeşte se modifică se numeşte

căldură (Q) Căldura şi lucrul sunt Căldura şi lucrul sunt mărimi de proces ele caracterizacircnd ele caracterizacircnd

o transformare termodinamică suferită de sistem şi o transformare termodinamică suferită de sistem şi NUNU starea sistemuluistarea sistemului

UNITAŢI DE MĂSURĂUNITAŢI DE MĂSURĂ

Toate tipurile de energie se măsoară icircn Toate tipurile de energie se măsoară icircn Joule Joule (J)(J) Unităţi tolerateUnităţi tolerate

CCaloria aloria (1 cal = 418 J) folosită adesea pentru (1 cal = 418 J) folosită adesea pentru sistemele ce au la bază apa (sistemele vii) sistemele ce au la bază apa (sistemele vii) ndash ndash cantitateacantitatea de căldură necesară pentru a ridica temperatura unui de căldură necesară pentru a ridica temperatura unui gram de apă de la 145gram de apă de la 145C la 155C la 155CC

ElectronElectron--voltulvoltul (1 eV = 1610 (1 eV = 1610-19-19 J) pentru cacircmpuri J) pentru cacircmpuri electromagnetice ndash energia necesară pentru a deplasa electromagnetice ndash energia necesară pentru a deplasa un electron icircntr-un cacircmp electric de 1 Voltun electron icircntr-un cacircmp electric de 1 Volt pe distanţa pe distanţa de 1 mde 1 m

Lucrul (travaliul)Lucrul (travaliul) FormFormă a schimbului de energie realizat prin ă a schimbului de energie realizat prin

mişcarea ordonată a materieimişcarea ordonată a materiei lucru mecaniclucru mecanic

Deplasarea unui corp sub acţiunea unei forţe exterioare Deplasarea unui corp sub acţiunea unei forţe exterioare L = F L = F xx

Deformarea unui corp sub acţiunea forţelor interne (termice) Deformarea unui corp sub acţiunea forţelor interne (termice) L = p L = p VV

lucru electric deplasarea sarcinilor electrice sub lucru electric deplasarea sarcinilor electrice sub acţiunea unei diferenţe de potenţialacţiunea unei diferenţe de potenţial

L = U L = U qq lucru chimic deplasarea de substanţă sub efectul lucru chimic deplasarea de substanţă sub efectul

unei diferenţe de potenţial chimic (concentraţie)unei diferenţe de potenţial chimic (concentraţie)L = L =

PostulatePostulatele Termodinamiciile Termodinamicii

Primul postulatPrimul postulat (Boltzmann) (Boltzmann)

dacă sistemul este scos din starea de echilibru dacă sistemul este scos din starea de echilibru şi se izolează de mediul exterior atunci el revine şi se izolează de mediul exterior atunci el revine icircntotdeauna de la sine icircn starea de echilibru şi icircntotdeauna de la sine icircn starea de echilibru şi nu poate ieşi din această stare fără acţiunea nu poate ieşi din această stare fără acţiunea unor forţe exterioareunor forţe exterioare

Postulatul al doileaPostulatul al doilea parametru ce parametru ce caracterizează caracterizează starea destarea de echilibru termicechilibru termic al unui al unui sistem sistem este este temperatura (T)temperatura (T)

TEMPERATURATEMPERATURA

Parametrul ce caracterizează Parametrul ce caracterizează starea destarea de echilibru termicechilibru termic al unui sistem şi care are aceeaşi valoare icircn tot sistemul al unui sistem şi care are aceeaşi valoare icircn tot sistemul independent de numărul de particule din sistem se independent de numărul de particule din sistem se numeşte numeşte temperaturătemperatură

Temperatura este o măsură a intensităţii mişcării de Temperatura este o măsură a intensităţii mişcării de agitaţie termică şi are sens numai pentru sistemele aflate agitaţie termică şi are sens numai pentru sistemele aflate icircn stări de echilibru termic icircn stări de echilibru termic

Temperatura de Temperatura de zero absolutzero absolut (0 grade Kelvin) (0 grade Kelvin) corespunde situaţiei pur ipotetice icircn care icircncetează orice corespunde situaţiei pur ipotetice icircn care icircncetează orice mişcare de agitaţie termicămişcare de agitaţie termică

IIn cursul contactului termic se n cursul contactului termic se realizează schimb de realizează schimb de energie sub formă de energie sub formă de ccăldurăăldură (Q) (Q)

Principiul IPrincipiul I

Principiul conservării energiei e energia nu poate nergia nu poate fi creată din nimic nici nu poate disparefi creată din nimic nici nu poate dispare

Principiul echivalenţei energiei energia energia se se transformă calitativ dintr-o formă icircn alta transformă calitativ dintr-o formă icircn alta conservacircndu-se cantitativconservacircndu-se cantitativ

U = Q ndash L U = Q ndash L

ENERGIA INTERNĂENERGIA INTERNĂ

Suma tuturor energiilor cinetice (de mişcare) şi Suma tuturor energiilor cinetice (de mişcare) şi potenţiale (de interacţiune) a părţilor potenţiale (de interacţiune) a părţilor componente din sistem icircntre ele componente din sistem icircntre ele Energiile legăturilor chimice moleculareEnergiile legăturilor chimice moleculare Energiile legăturilor intermoleculareEnergiile legăturilor intermoleculare Energii atomice submoleculareEnergii atomice submoleculare Energii cinetice (translaţie rotaţie şi vibraţie) de tip Energii cinetice (translaţie rotaţie şi vibraţie) de tip

agitaţie termică la nivel molecular şi atomicagitaţie termică la nivel molecular şi atomic

EEste o funcţie de stareste o funcţie de stare

pt gazul ideal pt gazul ideal U = f(T)U = f(T)

Transformarea ciclicăTransformarea ciclică

UUn sistem poate efectua L numai dacă primeşte n sistem poate efectua L numai dacă primeşte Q din exteriorQ din exterior

imposibilitatea construirii unui ldquoperpetuum imposibilitatea construirii unui ldquoperpetuum mobilerdquo de tipul I adică imposibilitatea construirii mobilerdquo de tipul I adică imposibilitatea construirii unei maşini care să furnizeze lucru util fără să unei maşini care să furnizeze lucru util fără să primească energie din exteriorprimească energie din exterior

Transformarea izobarăTransformarea izobară

2 1 2 1pQ U p V U U p V V

Q U pV U pVP ( ) ( )2 2 1 1

Q H H HP 2 1

ENERGIA INTERNĂENERGIA INTERNĂ () () = ENTALPIE (H) = ENTALPIE (H)

potenpotenţţial utilizabilial utilizabilăă ca ca travaliutravaliu

H = U + pVH = U + pV

In natură majoritatea fenomenelor se petrec cu variaţia volumului dar la presiune constantă de obicei presiunea atmosferică

Principiul IPrincipiul II I

CarnotCarnot ( (18241824) ) randamentulrandamentul unei maşini termice care unei maşini termice care lucrează după un lucrează după un ciclu reversibilciclu reversibil nu depinde de substanţă de nu depinde de substanţă de lucru sau de construcţia maşinii lucru sau de construcţia maşinii ci numai de temperaturile sursei ci numai de temperaturile sursei calde şi sursei recicalde şi sursei reci

RRandamentul oricărei maşini andamentul oricărei maşini termice este icircntotdeauna mai termice este icircntotdeauna mai mic decacirct randamentul unei mic decacirct randamentul unei maşini termice care lucrează maşini termice care lucrează după un ciclu Carnot icircn acelaşi după un ciclu Carnot icircn acelaşi interval de temperaturăinterval de temperatură

L

Q

Q Q

Q

Q

Q

T

Tu

c

1 2

1

2

1

2

1

1 1

PPrincipiulrincipiul II = II = principiul creşterii principiul creşterii entropieientropiei

Studiul Studiul maşinilor termicemaşinilor termice CCăldura nu poate trece de la sine ăldura nu poate trece de la sine

(spontan) de la un corp rece la unul (spontan) de la un corp rece la unul caldcald (Clausius) (Clausius)

Nu Nu existexistă ă maşini care să producă L maşini care să producă L folosind o singură sursă de căldurăfolosind o singură sursă de căldură (Thomson)(Thomson)

IIntr-o transformare ciclică Q (primit) ntr-o transformare ciclică Q (primit) NUNU poate fi transformat integral icircn L poate fi transformat integral icircn L (efectuat)(efectuat)

QQpp L L Intr-un proces spontan ireversibil se Intr-un proces spontan ireversibil se

produce icircntotdeauna dezordineproduce icircntotdeauna dezordine

Sursa caldă

T1

Sursa receT2

SISTEMU

L = Q1 ndash Q2

Q1 Q2

0SL = Q le 0

ENTROPIAENTROPIA

Reprezintă măsura Reprezintă măsura ldquodezordiniirdquo din sistemldquodezordiniirdquo din sistem Boltzmann Boltzmann S = k ln N

k = constanta lui Boltzmannk = constanta lui Boltzmann N = probabilitatea termodinamicN = probabilitatea termodinamică (numărul de microstări posibile care ă (numărul de microstări posibile care

definesc identic starea macroscopică a sistemului)definesc identic starea macroscopică a sistemului)

Este Este o funco funcţţie deie de stare stare S = f(T) Variaţia de entropie Variaţia de entropie S este egală cu raportul dintre S este egală cu raportul dintre

cantitatea de căldura schimbată şi temperatura la care cantitatea de căldura schimbată şi temperatura la care are loc schimbul)are loc schimbul)

f

i

T

Tif T

dQS

ENERGIA LIBERĂ (Free energy) ENERGIA LIBERĂ (Free energy) ENTALPIA LIBERĂ (Gibbs)ENTALPIA LIBERĂ (Gibbs)

EEnergia liberănergia liberă (F) exprimă (F) exprimă capacitatea efectivă a acestuia de capacitatea efectivă a acestuia de a efectuaa efectua la temperatura la temperatura constanta)constanta) diferite acţiuni tip lucru diferite acţiuni tip lucru (travaliu)(travaliu)

La presiune si temperaturLa presiune si temperatură ă constantă constantă entalpia liberăentalpia liberă (G) (G) exprimă capacitatea reală a unui exprimă capacitatea reală a unui sistem de a efectua travaliusistem de a efectua travaliu

G H T S

U T S F F

G H T S

STUF

CAZURI PARTICULARECAZURI PARTICULARE

Procesele dinProcesele din sisteme izolate sisteme izolate ((U = 0)U = 0) creşterea creşterea SS implică scăderea implică scăderea FF FF devine devine minim icircn stareminim icircn stareaa de de

echilibruechilibru termodinamic termodinamic

Pentru sisteme neizolatePentru sisteme neizolate

F T S 0

T

QS revd

d

irevextirevextext SST

Q

T

QS

T

QS dd

ddd

dd

proceselproceselee iireversibilereversibile

proceselproceselee reversibile reversibile

UNITAŢI DE MĂSURĂUNITAŢI DE MĂSURĂ

Toate tipurile de energie se măsoară icircn Toate tipurile de energie se măsoară icircn Joule Joule (J)(J) Unităţi tolerateUnităţi tolerate

CCaloria aloria (1 cal = 418 J) folosită adesea pentru (1 cal = 418 J) folosită adesea pentru sistemele ce au la bază apa (sistemele vii) sistemele ce au la bază apa (sistemele vii) ndash ndash cantitateacantitatea de căldură necesară pentru a ridica temperatura unui de căldură necesară pentru a ridica temperatura unui gram de apă de la 145gram de apă de la 145C la 155C la 155CC

ElectronElectron--voltulvoltul (1 eV = 1610 (1 eV = 1610-19-19 J) pentru cacircmpuri J) pentru cacircmpuri electromagnetice ndash energia necesară pentru a deplasa electromagnetice ndash energia necesară pentru a deplasa un electron icircntr-un cacircmp electric de 1 Voltun electron icircntr-un cacircmp electric de 1 Volt pe distanţa pe distanţa de 1 mde 1 m

Lucrul (travaliul)Lucrul (travaliul) FormFormă a schimbului de energie realizat prin ă a schimbului de energie realizat prin

mişcarea ordonată a materieimişcarea ordonată a materiei lucru mecaniclucru mecanic

Deplasarea unui corp sub acţiunea unei forţe exterioare Deplasarea unui corp sub acţiunea unei forţe exterioare L = F L = F xx

Deformarea unui corp sub acţiunea forţelor interne (termice) Deformarea unui corp sub acţiunea forţelor interne (termice) L = p L = p VV

lucru electric deplasarea sarcinilor electrice sub lucru electric deplasarea sarcinilor electrice sub acţiunea unei diferenţe de potenţialacţiunea unei diferenţe de potenţial

L = U L = U qq lucru chimic deplasarea de substanţă sub efectul lucru chimic deplasarea de substanţă sub efectul

unei diferenţe de potenţial chimic (concentraţie)unei diferenţe de potenţial chimic (concentraţie)L = L =

PostulatePostulatele Termodinamiciile Termodinamicii

Primul postulatPrimul postulat (Boltzmann) (Boltzmann)

dacă sistemul este scos din starea de echilibru dacă sistemul este scos din starea de echilibru şi se izolează de mediul exterior atunci el revine şi se izolează de mediul exterior atunci el revine icircntotdeauna de la sine icircn starea de echilibru şi icircntotdeauna de la sine icircn starea de echilibru şi nu poate ieşi din această stare fără acţiunea nu poate ieşi din această stare fără acţiunea unor forţe exterioareunor forţe exterioare

Postulatul al doileaPostulatul al doilea parametru ce parametru ce caracterizează caracterizează starea destarea de echilibru termicechilibru termic al unui al unui sistem sistem este este temperatura (T)temperatura (T)

TEMPERATURATEMPERATURA

Parametrul ce caracterizează Parametrul ce caracterizează starea destarea de echilibru termicechilibru termic al unui sistem şi care are aceeaşi valoare icircn tot sistemul al unui sistem şi care are aceeaşi valoare icircn tot sistemul independent de numărul de particule din sistem se independent de numărul de particule din sistem se numeşte numeşte temperaturătemperatură

Temperatura este o măsură a intensităţii mişcării de Temperatura este o măsură a intensităţii mişcării de agitaţie termică şi are sens numai pentru sistemele aflate agitaţie termică şi are sens numai pentru sistemele aflate icircn stări de echilibru termic icircn stări de echilibru termic

Temperatura de Temperatura de zero absolutzero absolut (0 grade Kelvin) (0 grade Kelvin) corespunde situaţiei pur ipotetice icircn care icircncetează orice corespunde situaţiei pur ipotetice icircn care icircncetează orice mişcare de agitaţie termicămişcare de agitaţie termică

IIn cursul contactului termic se n cursul contactului termic se realizează schimb de realizează schimb de energie sub formă de energie sub formă de ccăldurăăldură (Q) (Q)

Principiul IPrincipiul I

Principiul conservării energiei e energia nu poate nergia nu poate fi creată din nimic nici nu poate disparefi creată din nimic nici nu poate dispare

Principiul echivalenţei energiei energia energia se se transformă calitativ dintr-o formă icircn alta transformă calitativ dintr-o formă icircn alta conservacircndu-se cantitativconservacircndu-se cantitativ

U = Q ndash L U = Q ndash L

ENERGIA INTERNĂENERGIA INTERNĂ

Suma tuturor energiilor cinetice (de mişcare) şi Suma tuturor energiilor cinetice (de mişcare) şi potenţiale (de interacţiune) a părţilor potenţiale (de interacţiune) a părţilor componente din sistem icircntre ele componente din sistem icircntre ele Energiile legăturilor chimice moleculareEnergiile legăturilor chimice moleculare Energiile legăturilor intermoleculareEnergiile legăturilor intermoleculare Energii atomice submoleculareEnergii atomice submoleculare Energii cinetice (translaţie rotaţie şi vibraţie) de tip Energii cinetice (translaţie rotaţie şi vibraţie) de tip

agitaţie termică la nivel molecular şi atomicagitaţie termică la nivel molecular şi atomic

EEste o funcţie de stareste o funcţie de stare

pt gazul ideal pt gazul ideal U = f(T)U = f(T)

Transformarea ciclicăTransformarea ciclică

UUn sistem poate efectua L numai dacă primeşte n sistem poate efectua L numai dacă primeşte Q din exteriorQ din exterior

imposibilitatea construirii unui ldquoperpetuum imposibilitatea construirii unui ldquoperpetuum mobilerdquo de tipul I adică imposibilitatea construirii mobilerdquo de tipul I adică imposibilitatea construirii unei maşini care să furnizeze lucru util fără să unei maşini care să furnizeze lucru util fără să primească energie din exteriorprimească energie din exterior

Transformarea izobarăTransformarea izobară

2 1 2 1pQ U p V U U p V V

Q U pV U pVP ( ) ( )2 2 1 1

Q H H HP 2 1

ENERGIA INTERNĂENERGIA INTERNĂ () () = ENTALPIE (H) = ENTALPIE (H)

potenpotenţţial utilizabilial utilizabilăă ca ca travaliutravaliu

H = U + pVH = U + pV

In natură majoritatea fenomenelor se petrec cu variaţia volumului dar la presiune constantă de obicei presiunea atmosferică

Principiul IPrincipiul II I

CarnotCarnot ( (18241824) ) randamentulrandamentul unei maşini termice care unei maşini termice care lucrează după un lucrează după un ciclu reversibilciclu reversibil nu depinde de substanţă de nu depinde de substanţă de lucru sau de construcţia maşinii lucru sau de construcţia maşinii ci numai de temperaturile sursei ci numai de temperaturile sursei calde şi sursei recicalde şi sursei reci

RRandamentul oricărei maşini andamentul oricărei maşini termice este icircntotdeauna mai termice este icircntotdeauna mai mic decacirct randamentul unei mic decacirct randamentul unei maşini termice care lucrează maşini termice care lucrează după un ciclu Carnot icircn acelaşi după un ciclu Carnot icircn acelaşi interval de temperaturăinterval de temperatură

L

Q

Q Q

Q

Q

Q

T

Tu

c

1 2

1

2

1

2

1

1 1

PPrincipiulrincipiul II = II = principiul creşterii principiul creşterii entropieientropiei

Studiul Studiul maşinilor termicemaşinilor termice CCăldura nu poate trece de la sine ăldura nu poate trece de la sine

(spontan) de la un corp rece la unul (spontan) de la un corp rece la unul caldcald (Clausius) (Clausius)

Nu Nu existexistă ă maşini care să producă L maşini care să producă L folosind o singură sursă de căldurăfolosind o singură sursă de căldură (Thomson)(Thomson)

IIntr-o transformare ciclică Q (primit) ntr-o transformare ciclică Q (primit) NUNU poate fi transformat integral icircn L poate fi transformat integral icircn L (efectuat)(efectuat)

QQpp L L Intr-un proces spontan ireversibil se Intr-un proces spontan ireversibil se

produce icircntotdeauna dezordineproduce icircntotdeauna dezordine

Sursa caldă

T1

Sursa receT2

SISTEMU

L = Q1 ndash Q2

Q1 Q2

0SL = Q le 0

ENTROPIAENTROPIA

Reprezintă măsura Reprezintă măsura ldquodezordiniirdquo din sistemldquodezordiniirdquo din sistem Boltzmann Boltzmann S = k ln N

k = constanta lui Boltzmannk = constanta lui Boltzmann N = probabilitatea termodinamicN = probabilitatea termodinamică (numărul de microstări posibile care ă (numărul de microstări posibile care

definesc identic starea macroscopică a sistemului)definesc identic starea macroscopică a sistemului)

Este Este o funco funcţţie deie de stare stare S = f(T) Variaţia de entropie Variaţia de entropie S este egală cu raportul dintre S este egală cu raportul dintre

cantitatea de căldura schimbată şi temperatura la care cantitatea de căldura schimbată şi temperatura la care are loc schimbul)are loc schimbul)

f

i

T

Tif T

dQS

ENERGIA LIBERĂ (Free energy) ENERGIA LIBERĂ (Free energy) ENTALPIA LIBERĂ (Gibbs)ENTALPIA LIBERĂ (Gibbs)

EEnergia liberănergia liberă (F) exprimă (F) exprimă capacitatea efectivă a acestuia de capacitatea efectivă a acestuia de a efectuaa efectua la temperatura la temperatura constanta)constanta) diferite acţiuni tip lucru diferite acţiuni tip lucru (travaliu)(travaliu)

La presiune si temperaturLa presiune si temperatură ă constantă constantă entalpia liberăentalpia liberă (G) (G) exprimă capacitatea reală a unui exprimă capacitatea reală a unui sistem de a efectua travaliusistem de a efectua travaliu

G H T S

U T S F F

G H T S

STUF

CAZURI PARTICULARECAZURI PARTICULARE

Procesele dinProcesele din sisteme izolate sisteme izolate ((U = 0)U = 0) creşterea creşterea SS implică scăderea implică scăderea FF FF devine devine minim icircn stareminim icircn stareaa de de

echilibruechilibru termodinamic termodinamic

Pentru sisteme neizolatePentru sisteme neizolate

F T S 0

T

QS revd

d

irevextirevextext SST

Q

T

QS

T

QS dd

ddd

dd

proceselproceselee iireversibilereversibile

proceselproceselee reversibile reversibile

Lucrul (travaliul)Lucrul (travaliul) FormFormă a schimbului de energie realizat prin ă a schimbului de energie realizat prin

mişcarea ordonată a materieimişcarea ordonată a materiei lucru mecaniclucru mecanic

Deplasarea unui corp sub acţiunea unei forţe exterioare Deplasarea unui corp sub acţiunea unei forţe exterioare L = F L = F xx

Deformarea unui corp sub acţiunea forţelor interne (termice) Deformarea unui corp sub acţiunea forţelor interne (termice) L = p L = p VV

lucru electric deplasarea sarcinilor electrice sub lucru electric deplasarea sarcinilor electrice sub acţiunea unei diferenţe de potenţialacţiunea unei diferenţe de potenţial

L = U L = U qq lucru chimic deplasarea de substanţă sub efectul lucru chimic deplasarea de substanţă sub efectul

unei diferenţe de potenţial chimic (concentraţie)unei diferenţe de potenţial chimic (concentraţie)L = L =

PostulatePostulatele Termodinamiciile Termodinamicii

Primul postulatPrimul postulat (Boltzmann) (Boltzmann)

dacă sistemul este scos din starea de echilibru dacă sistemul este scos din starea de echilibru şi se izolează de mediul exterior atunci el revine şi se izolează de mediul exterior atunci el revine icircntotdeauna de la sine icircn starea de echilibru şi icircntotdeauna de la sine icircn starea de echilibru şi nu poate ieşi din această stare fără acţiunea nu poate ieşi din această stare fără acţiunea unor forţe exterioareunor forţe exterioare

Postulatul al doileaPostulatul al doilea parametru ce parametru ce caracterizează caracterizează starea destarea de echilibru termicechilibru termic al unui al unui sistem sistem este este temperatura (T)temperatura (T)

TEMPERATURATEMPERATURA

Parametrul ce caracterizează Parametrul ce caracterizează starea destarea de echilibru termicechilibru termic al unui sistem şi care are aceeaşi valoare icircn tot sistemul al unui sistem şi care are aceeaşi valoare icircn tot sistemul independent de numărul de particule din sistem se independent de numărul de particule din sistem se numeşte numeşte temperaturătemperatură

Temperatura este o măsură a intensităţii mişcării de Temperatura este o măsură a intensităţii mişcării de agitaţie termică şi are sens numai pentru sistemele aflate agitaţie termică şi are sens numai pentru sistemele aflate icircn stări de echilibru termic icircn stări de echilibru termic

Temperatura de Temperatura de zero absolutzero absolut (0 grade Kelvin) (0 grade Kelvin) corespunde situaţiei pur ipotetice icircn care icircncetează orice corespunde situaţiei pur ipotetice icircn care icircncetează orice mişcare de agitaţie termicămişcare de agitaţie termică

IIn cursul contactului termic se n cursul contactului termic se realizează schimb de realizează schimb de energie sub formă de energie sub formă de ccăldurăăldură (Q) (Q)

Principiul IPrincipiul I

Principiul conservării energiei e energia nu poate nergia nu poate fi creată din nimic nici nu poate disparefi creată din nimic nici nu poate dispare

Principiul echivalenţei energiei energia energia se se transformă calitativ dintr-o formă icircn alta transformă calitativ dintr-o formă icircn alta conservacircndu-se cantitativconservacircndu-se cantitativ

U = Q ndash L U = Q ndash L

ENERGIA INTERNĂENERGIA INTERNĂ

Suma tuturor energiilor cinetice (de mişcare) şi Suma tuturor energiilor cinetice (de mişcare) şi potenţiale (de interacţiune) a părţilor potenţiale (de interacţiune) a părţilor componente din sistem icircntre ele componente din sistem icircntre ele Energiile legăturilor chimice moleculareEnergiile legăturilor chimice moleculare Energiile legăturilor intermoleculareEnergiile legăturilor intermoleculare Energii atomice submoleculareEnergii atomice submoleculare Energii cinetice (translaţie rotaţie şi vibraţie) de tip Energii cinetice (translaţie rotaţie şi vibraţie) de tip

agitaţie termică la nivel molecular şi atomicagitaţie termică la nivel molecular şi atomic

EEste o funcţie de stareste o funcţie de stare

pt gazul ideal pt gazul ideal U = f(T)U = f(T)

Transformarea ciclicăTransformarea ciclică

UUn sistem poate efectua L numai dacă primeşte n sistem poate efectua L numai dacă primeşte Q din exteriorQ din exterior

imposibilitatea construirii unui ldquoperpetuum imposibilitatea construirii unui ldquoperpetuum mobilerdquo de tipul I adică imposibilitatea construirii mobilerdquo de tipul I adică imposibilitatea construirii unei maşini care să furnizeze lucru util fără să unei maşini care să furnizeze lucru util fără să primească energie din exteriorprimească energie din exterior

Transformarea izobarăTransformarea izobară

2 1 2 1pQ U p V U U p V V

Q U pV U pVP ( ) ( )2 2 1 1

Q H H HP 2 1

ENERGIA INTERNĂENERGIA INTERNĂ () () = ENTALPIE (H) = ENTALPIE (H)

potenpotenţţial utilizabilial utilizabilăă ca ca travaliutravaliu

H = U + pVH = U + pV

In natură majoritatea fenomenelor se petrec cu variaţia volumului dar la presiune constantă de obicei presiunea atmosferică

Principiul IPrincipiul II I

CarnotCarnot ( (18241824) ) randamentulrandamentul unei maşini termice care unei maşini termice care lucrează după un lucrează după un ciclu reversibilciclu reversibil nu depinde de substanţă de nu depinde de substanţă de lucru sau de construcţia maşinii lucru sau de construcţia maşinii ci numai de temperaturile sursei ci numai de temperaturile sursei calde şi sursei recicalde şi sursei reci

RRandamentul oricărei maşini andamentul oricărei maşini termice este icircntotdeauna mai termice este icircntotdeauna mai mic decacirct randamentul unei mic decacirct randamentul unei maşini termice care lucrează maşini termice care lucrează după un ciclu Carnot icircn acelaşi după un ciclu Carnot icircn acelaşi interval de temperaturăinterval de temperatură

L

Q

Q Q

Q

Q

Q

T

Tu

c

1 2

1

2

1

2

1

1 1

PPrincipiulrincipiul II = II = principiul creşterii principiul creşterii entropieientropiei

Studiul Studiul maşinilor termicemaşinilor termice CCăldura nu poate trece de la sine ăldura nu poate trece de la sine

(spontan) de la un corp rece la unul (spontan) de la un corp rece la unul caldcald (Clausius) (Clausius)

Nu Nu existexistă ă maşini care să producă L maşini care să producă L folosind o singură sursă de căldurăfolosind o singură sursă de căldură (Thomson)(Thomson)

IIntr-o transformare ciclică Q (primit) ntr-o transformare ciclică Q (primit) NUNU poate fi transformat integral icircn L poate fi transformat integral icircn L (efectuat)(efectuat)

QQpp L L Intr-un proces spontan ireversibil se Intr-un proces spontan ireversibil se

produce icircntotdeauna dezordineproduce icircntotdeauna dezordine

Sursa caldă

T1

Sursa receT2

SISTEMU

L = Q1 ndash Q2

Q1 Q2

0SL = Q le 0

ENTROPIAENTROPIA

Reprezintă măsura Reprezintă măsura ldquodezordiniirdquo din sistemldquodezordiniirdquo din sistem Boltzmann Boltzmann S = k ln N

k = constanta lui Boltzmannk = constanta lui Boltzmann N = probabilitatea termodinamicN = probabilitatea termodinamică (numărul de microstări posibile care ă (numărul de microstări posibile care

definesc identic starea macroscopică a sistemului)definesc identic starea macroscopică a sistemului)

Este Este o funco funcţţie deie de stare stare S = f(T) Variaţia de entropie Variaţia de entropie S este egală cu raportul dintre S este egală cu raportul dintre

cantitatea de căldura schimbată şi temperatura la care cantitatea de căldura schimbată şi temperatura la care are loc schimbul)are loc schimbul)

f

i

T

Tif T

dQS

ENERGIA LIBERĂ (Free energy) ENERGIA LIBERĂ (Free energy) ENTALPIA LIBERĂ (Gibbs)ENTALPIA LIBERĂ (Gibbs)

EEnergia liberănergia liberă (F) exprimă (F) exprimă capacitatea efectivă a acestuia de capacitatea efectivă a acestuia de a efectuaa efectua la temperatura la temperatura constanta)constanta) diferite acţiuni tip lucru diferite acţiuni tip lucru (travaliu)(travaliu)

La presiune si temperaturLa presiune si temperatură ă constantă constantă entalpia liberăentalpia liberă (G) (G) exprimă capacitatea reală a unui exprimă capacitatea reală a unui sistem de a efectua travaliusistem de a efectua travaliu

G H T S

U T S F F

G H T S

STUF

CAZURI PARTICULARECAZURI PARTICULARE

Procesele dinProcesele din sisteme izolate sisteme izolate ((U = 0)U = 0) creşterea creşterea SS implică scăderea implică scăderea FF FF devine devine minim icircn stareminim icircn stareaa de de

echilibruechilibru termodinamic termodinamic

Pentru sisteme neizolatePentru sisteme neizolate

F T S 0

T

QS revd

d

irevextirevextext SST

Q

T

QS

T

QS dd

ddd

dd

proceselproceselee iireversibilereversibile

proceselproceselee reversibile reversibile

PostulatePostulatele Termodinamiciile Termodinamicii

Primul postulatPrimul postulat (Boltzmann) (Boltzmann)

dacă sistemul este scos din starea de echilibru dacă sistemul este scos din starea de echilibru şi se izolează de mediul exterior atunci el revine şi se izolează de mediul exterior atunci el revine icircntotdeauna de la sine icircn starea de echilibru şi icircntotdeauna de la sine icircn starea de echilibru şi nu poate ieşi din această stare fără acţiunea nu poate ieşi din această stare fără acţiunea unor forţe exterioareunor forţe exterioare

Postulatul al doileaPostulatul al doilea parametru ce parametru ce caracterizează caracterizează starea destarea de echilibru termicechilibru termic al unui al unui sistem sistem este este temperatura (T)temperatura (T)

TEMPERATURATEMPERATURA

Parametrul ce caracterizează Parametrul ce caracterizează starea destarea de echilibru termicechilibru termic al unui sistem şi care are aceeaşi valoare icircn tot sistemul al unui sistem şi care are aceeaşi valoare icircn tot sistemul independent de numărul de particule din sistem se independent de numărul de particule din sistem se numeşte numeşte temperaturătemperatură

Temperatura este o măsură a intensităţii mişcării de Temperatura este o măsură a intensităţii mişcării de agitaţie termică şi are sens numai pentru sistemele aflate agitaţie termică şi are sens numai pentru sistemele aflate icircn stări de echilibru termic icircn stări de echilibru termic

Temperatura de Temperatura de zero absolutzero absolut (0 grade Kelvin) (0 grade Kelvin) corespunde situaţiei pur ipotetice icircn care icircncetează orice corespunde situaţiei pur ipotetice icircn care icircncetează orice mişcare de agitaţie termicămişcare de agitaţie termică

IIn cursul contactului termic se n cursul contactului termic se realizează schimb de realizează schimb de energie sub formă de energie sub formă de ccăldurăăldură (Q) (Q)

Principiul IPrincipiul I

Principiul conservării energiei e energia nu poate nergia nu poate fi creată din nimic nici nu poate disparefi creată din nimic nici nu poate dispare

Principiul echivalenţei energiei energia energia se se transformă calitativ dintr-o formă icircn alta transformă calitativ dintr-o formă icircn alta conservacircndu-se cantitativconservacircndu-se cantitativ

U = Q ndash L U = Q ndash L

ENERGIA INTERNĂENERGIA INTERNĂ

Suma tuturor energiilor cinetice (de mişcare) şi Suma tuturor energiilor cinetice (de mişcare) şi potenţiale (de interacţiune) a părţilor potenţiale (de interacţiune) a părţilor componente din sistem icircntre ele componente din sistem icircntre ele Energiile legăturilor chimice moleculareEnergiile legăturilor chimice moleculare Energiile legăturilor intermoleculareEnergiile legăturilor intermoleculare Energii atomice submoleculareEnergii atomice submoleculare Energii cinetice (translaţie rotaţie şi vibraţie) de tip Energii cinetice (translaţie rotaţie şi vibraţie) de tip

agitaţie termică la nivel molecular şi atomicagitaţie termică la nivel molecular şi atomic

EEste o funcţie de stareste o funcţie de stare

pt gazul ideal pt gazul ideal U = f(T)U = f(T)

Transformarea ciclicăTransformarea ciclică

UUn sistem poate efectua L numai dacă primeşte n sistem poate efectua L numai dacă primeşte Q din exteriorQ din exterior

imposibilitatea construirii unui ldquoperpetuum imposibilitatea construirii unui ldquoperpetuum mobilerdquo de tipul I adică imposibilitatea construirii mobilerdquo de tipul I adică imposibilitatea construirii unei maşini care să furnizeze lucru util fără să unei maşini care să furnizeze lucru util fără să primească energie din exteriorprimească energie din exterior

Transformarea izobarăTransformarea izobară

2 1 2 1pQ U p V U U p V V

Q U pV U pVP ( ) ( )2 2 1 1

Q H H HP 2 1

ENERGIA INTERNĂENERGIA INTERNĂ () () = ENTALPIE (H) = ENTALPIE (H)

potenpotenţţial utilizabilial utilizabilăă ca ca travaliutravaliu

H = U + pVH = U + pV

In natură majoritatea fenomenelor se petrec cu variaţia volumului dar la presiune constantă de obicei presiunea atmosferică

Principiul IPrincipiul II I

CarnotCarnot ( (18241824) ) randamentulrandamentul unei maşini termice care unei maşini termice care lucrează după un lucrează după un ciclu reversibilciclu reversibil nu depinde de substanţă de nu depinde de substanţă de lucru sau de construcţia maşinii lucru sau de construcţia maşinii ci numai de temperaturile sursei ci numai de temperaturile sursei calde şi sursei recicalde şi sursei reci

RRandamentul oricărei maşini andamentul oricărei maşini termice este icircntotdeauna mai termice este icircntotdeauna mai mic decacirct randamentul unei mic decacirct randamentul unei maşini termice care lucrează maşini termice care lucrează după un ciclu Carnot icircn acelaşi după un ciclu Carnot icircn acelaşi interval de temperaturăinterval de temperatură

L

Q

Q Q

Q

Q

Q

T

Tu

c

1 2

1

2

1

2

1

1 1

PPrincipiulrincipiul II = II = principiul creşterii principiul creşterii entropieientropiei

Studiul Studiul maşinilor termicemaşinilor termice CCăldura nu poate trece de la sine ăldura nu poate trece de la sine

(spontan) de la un corp rece la unul (spontan) de la un corp rece la unul caldcald (Clausius) (Clausius)

Nu Nu existexistă ă maşini care să producă L maşini care să producă L folosind o singură sursă de căldurăfolosind o singură sursă de căldură (Thomson)(Thomson)

IIntr-o transformare ciclică Q (primit) ntr-o transformare ciclică Q (primit) NUNU poate fi transformat integral icircn L poate fi transformat integral icircn L (efectuat)(efectuat)

QQpp L L Intr-un proces spontan ireversibil se Intr-un proces spontan ireversibil se

produce icircntotdeauna dezordineproduce icircntotdeauna dezordine

Sursa caldă

T1

Sursa receT2

SISTEMU

L = Q1 ndash Q2

Q1 Q2

0SL = Q le 0

ENTROPIAENTROPIA

Reprezintă măsura Reprezintă măsura ldquodezordiniirdquo din sistemldquodezordiniirdquo din sistem Boltzmann Boltzmann S = k ln N

k = constanta lui Boltzmannk = constanta lui Boltzmann N = probabilitatea termodinamicN = probabilitatea termodinamică (numărul de microstări posibile care ă (numărul de microstări posibile care

definesc identic starea macroscopică a sistemului)definesc identic starea macroscopică a sistemului)

Este Este o funco funcţţie deie de stare stare S = f(T) Variaţia de entropie Variaţia de entropie S este egală cu raportul dintre S este egală cu raportul dintre

cantitatea de căldura schimbată şi temperatura la care cantitatea de căldura schimbată şi temperatura la care are loc schimbul)are loc schimbul)

f

i

T

Tif T

dQS

ENERGIA LIBERĂ (Free energy) ENERGIA LIBERĂ (Free energy) ENTALPIA LIBERĂ (Gibbs)ENTALPIA LIBERĂ (Gibbs)

EEnergia liberănergia liberă (F) exprimă (F) exprimă capacitatea efectivă a acestuia de capacitatea efectivă a acestuia de a efectuaa efectua la temperatura la temperatura constanta)constanta) diferite acţiuni tip lucru diferite acţiuni tip lucru (travaliu)(travaliu)

La presiune si temperaturLa presiune si temperatură ă constantă constantă entalpia liberăentalpia liberă (G) (G) exprimă capacitatea reală a unui exprimă capacitatea reală a unui sistem de a efectua travaliusistem de a efectua travaliu

G H T S

U T S F F

G H T S

STUF

CAZURI PARTICULARECAZURI PARTICULARE

Procesele dinProcesele din sisteme izolate sisteme izolate ((U = 0)U = 0) creşterea creşterea SS implică scăderea implică scăderea FF FF devine devine minim icircn stareminim icircn stareaa de de

echilibruechilibru termodinamic termodinamic

Pentru sisteme neizolatePentru sisteme neizolate

F T S 0

T

QS revd

d

irevextirevextext SST

Q

T

QS

T

QS dd

ddd

dd

proceselproceselee iireversibilereversibile

proceselproceselee reversibile reversibile

TEMPERATURATEMPERATURA

Parametrul ce caracterizează Parametrul ce caracterizează starea destarea de echilibru termicechilibru termic al unui sistem şi care are aceeaşi valoare icircn tot sistemul al unui sistem şi care are aceeaşi valoare icircn tot sistemul independent de numărul de particule din sistem se independent de numărul de particule din sistem se numeşte numeşte temperaturătemperatură

Temperatura este o măsură a intensităţii mişcării de Temperatura este o măsură a intensităţii mişcării de agitaţie termică şi are sens numai pentru sistemele aflate agitaţie termică şi are sens numai pentru sistemele aflate icircn stări de echilibru termic icircn stări de echilibru termic

Temperatura de Temperatura de zero absolutzero absolut (0 grade Kelvin) (0 grade Kelvin) corespunde situaţiei pur ipotetice icircn care icircncetează orice corespunde situaţiei pur ipotetice icircn care icircncetează orice mişcare de agitaţie termicămişcare de agitaţie termică

IIn cursul contactului termic se n cursul contactului termic se realizează schimb de realizează schimb de energie sub formă de energie sub formă de ccăldurăăldură (Q) (Q)

Principiul IPrincipiul I

Principiul conservării energiei e energia nu poate nergia nu poate fi creată din nimic nici nu poate disparefi creată din nimic nici nu poate dispare

Principiul echivalenţei energiei energia energia se se transformă calitativ dintr-o formă icircn alta transformă calitativ dintr-o formă icircn alta conservacircndu-se cantitativconservacircndu-se cantitativ

U = Q ndash L U = Q ndash L

ENERGIA INTERNĂENERGIA INTERNĂ

Suma tuturor energiilor cinetice (de mişcare) şi Suma tuturor energiilor cinetice (de mişcare) şi potenţiale (de interacţiune) a părţilor potenţiale (de interacţiune) a părţilor componente din sistem icircntre ele componente din sistem icircntre ele Energiile legăturilor chimice moleculareEnergiile legăturilor chimice moleculare Energiile legăturilor intermoleculareEnergiile legăturilor intermoleculare Energii atomice submoleculareEnergii atomice submoleculare Energii cinetice (translaţie rotaţie şi vibraţie) de tip Energii cinetice (translaţie rotaţie şi vibraţie) de tip

agitaţie termică la nivel molecular şi atomicagitaţie termică la nivel molecular şi atomic

EEste o funcţie de stareste o funcţie de stare

pt gazul ideal pt gazul ideal U = f(T)U = f(T)

Transformarea ciclicăTransformarea ciclică

UUn sistem poate efectua L numai dacă primeşte n sistem poate efectua L numai dacă primeşte Q din exteriorQ din exterior

imposibilitatea construirii unui ldquoperpetuum imposibilitatea construirii unui ldquoperpetuum mobilerdquo de tipul I adică imposibilitatea construirii mobilerdquo de tipul I adică imposibilitatea construirii unei maşini care să furnizeze lucru util fără să unei maşini care să furnizeze lucru util fără să primească energie din exteriorprimească energie din exterior

Transformarea izobarăTransformarea izobară

2 1 2 1pQ U p V U U p V V

Q U pV U pVP ( ) ( )2 2 1 1

Q H H HP 2 1

ENERGIA INTERNĂENERGIA INTERNĂ () () = ENTALPIE (H) = ENTALPIE (H)

potenpotenţţial utilizabilial utilizabilăă ca ca travaliutravaliu

H = U + pVH = U + pV

In natură majoritatea fenomenelor se petrec cu variaţia volumului dar la presiune constantă de obicei presiunea atmosferică

Principiul IPrincipiul II I

CarnotCarnot ( (18241824) ) randamentulrandamentul unei maşini termice care unei maşini termice care lucrează după un lucrează după un ciclu reversibilciclu reversibil nu depinde de substanţă de nu depinde de substanţă de lucru sau de construcţia maşinii lucru sau de construcţia maşinii ci numai de temperaturile sursei ci numai de temperaturile sursei calde şi sursei recicalde şi sursei reci

RRandamentul oricărei maşini andamentul oricărei maşini termice este icircntotdeauna mai termice este icircntotdeauna mai mic decacirct randamentul unei mic decacirct randamentul unei maşini termice care lucrează maşini termice care lucrează după un ciclu Carnot icircn acelaşi după un ciclu Carnot icircn acelaşi interval de temperaturăinterval de temperatură

L

Q

Q Q

Q

Q

Q

T

Tu

c

1 2

1

2

1

2

1

1 1

PPrincipiulrincipiul II = II = principiul creşterii principiul creşterii entropieientropiei

Studiul Studiul maşinilor termicemaşinilor termice CCăldura nu poate trece de la sine ăldura nu poate trece de la sine

(spontan) de la un corp rece la unul (spontan) de la un corp rece la unul caldcald (Clausius) (Clausius)

Nu Nu existexistă ă maşini care să producă L maşini care să producă L folosind o singură sursă de căldurăfolosind o singură sursă de căldură (Thomson)(Thomson)

IIntr-o transformare ciclică Q (primit) ntr-o transformare ciclică Q (primit) NUNU poate fi transformat integral icircn L poate fi transformat integral icircn L (efectuat)(efectuat)

QQpp L L Intr-un proces spontan ireversibil se Intr-un proces spontan ireversibil se

produce icircntotdeauna dezordineproduce icircntotdeauna dezordine

Sursa caldă

T1

Sursa receT2

SISTEMU

L = Q1 ndash Q2

Q1 Q2

0SL = Q le 0

ENTROPIAENTROPIA

Reprezintă măsura Reprezintă măsura ldquodezordiniirdquo din sistemldquodezordiniirdquo din sistem Boltzmann Boltzmann S = k ln N

k = constanta lui Boltzmannk = constanta lui Boltzmann N = probabilitatea termodinamicN = probabilitatea termodinamică (numărul de microstări posibile care ă (numărul de microstări posibile care

definesc identic starea macroscopică a sistemului)definesc identic starea macroscopică a sistemului)

Este Este o funco funcţţie deie de stare stare S = f(T) Variaţia de entropie Variaţia de entropie S este egală cu raportul dintre S este egală cu raportul dintre

cantitatea de căldura schimbată şi temperatura la care cantitatea de căldura schimbată şi temperatura la care are loc schimbul)are loc schimbul)

f

i

T

Tif T

dQS

ENERGIA LIBERĂ (Free energy) ENERGIA LIBERĂ (Free energy) ENTALPIA LIBERĂ (Gibbs)ENTALPIA LIBERĂ (Gibbs)

EEnergia liberănergia liberă (F) exprimă (F) exprimă capacitatea efectivă a acestuia de capacitatea efectivă a acestuia de a efectuaa efectua la temperatura la temperatura constanta)constanta) diferite acţiuni tip lucru diferite acţiuni tip lucru (travaliu)(travaliu)

La presiune si temperaturLa presiune si temperatură ă constantă constantă entalpia liberăentalpia liberă (G) (G) exprimă capacitatea reală a unui exprimă capacitatea reală a unui sistem de a efectua travaliusistem de a efectua travaliu

G H T S

U T S F F

G H T S

STUF

CAZURI PARTICULARECAZURI PARTICULARE

Procesele dinProcesele din sisteme izolate sisteme izolate ((U = 0)U = 0) creşterea creşterea SS implică scăderea implică scăderea FF FF devine devine minim icircn stareminim icircn stareaa de de

echilibruechilibru termodinamic termodinamic

Pentru sisteme neizolatePentru sisteme neizolate

F T S 0

T

QS revd

d

irevextirevextext SST

Q

T

QS

T

QS dd

ddd

dd

proceselproceselee iireversibilereversibile

proceselproceselee reversibile reversibile

Principiul IPrincipiul I

Principiul conservării energiei e energia nu poate nergia nu poate fi creată din nimic nici nu poate disparefi creată din nimic nici nu poate dispare

Principiul echivalenţei energiei energia energia se se transformă calitativ dintr-o formă icircn alta transformă calitativ dintr-o formă icircn alta conservacircndu-se cantitativconservacircndu-se cantitativ

U = Q ndash L U = Q ndash L

ENERGIA INTERNĂENERGIA INTERNĂ

Suma tuturor energiilor cinetice (de mişcare) şi Suma tuturor energiilor cinetice (de mişcare) şi potenţiale (de interacţiune) a părţilor potenţiale (de interacţiune) a părţilor componente din sistem icircntre ele componente din sistem icircntre ele Energiile legăturilor chimice moleculareEnergiile legăturilor chimice moleculare Energiile legăturilor intermoleculareEnergiile legăturilor intermoleculare Energii atomice submoleculareEnergii atomice submoleculare Energii cinetice (translaţie rotaţie şi vibraţie) de tip Energii cinetice (translaţie rotaţie şi vibraţie) de tip

agitaţie termică la nivel molecular şi atomicagitaţie termică la nivel molecular şi atomic

EEste o funcţie de stareste o funcţie de stare

pt gazul ideal pt gazul ideal U = f(T)U = f(T)

Transformarea ciclicăTransformarea ciclică

UUn sistem poate efectua L numai dacă primeşte n sistem poate efectua L numai dacă primeşte Q din exteriorQ din exterior

imposibilitatea construirii unui ldquoperpetuum imposibilitatea construirii unui ldquoperpetuum mobilerdquo de tipul I adică imposibilitatea construirii mobilerdquo de tipul I adică imposibilitatea construirii unei maşini care să furnizeze lucru util fără să unei maşini care să furnizeze lucru util fără să primească energie din exteriorprimească energie din exterior

Transformarea izobarăTransformarea izobară

2 1 2 1pQ U p V U U p V V

Q U pV U pVP ( ) ( )2 2 1 1

Q H H HP 2 1

ENERGIA INTERNĂENERGIA INTERNĂ () () = ENTALPIE (H) = ENTALPIE (H)

potenpotenţţial utilizabilial utilizabilăă ca ca travaliutravaliu

H = U + pVH = U + pV

In natură majoritatea fenomenelor se petrec cu variaţia volumului dar la presiune constantă de obicei presiunea atmosferică

Principiul IPrincipiul II I

CarnotCarnot ( (18241824) ) randamentulrandamentul unei maşini termice care unei maşini termice care lucrează după un lucrează după un ciclu reversibilciclu reversibil nu depinde de substanţă de nu depinde de substanţă de lucru sau de construcţia maşinii lucru sau de construcţia maşinii ci numai de temperaturile sursei ci numai de temperaturile sursei calde şi sursei recicalde şi sursei reci

RRandamentul oricărei maşini andamentul oricărei maşini termice este icircntotdeauna mai termice este icircntotdeauna mai mic decacirct randamentul unei mic decacirct randamentul unei maşini termice care lucrează maşini termice care lucrează după un ciclu Carnot icircn acelaşi după un ciclu Carnot icircn acelaşi interval de temperaturăinterval de temperatură

L

Q

Q Q

Q

Q

Q

T

Tu

c

1 2

1

2

1

2

1

1 1

PPrincipiulrincipiul II = II = principiul creşterii principiul creşterii entropieientropiei

Studiul Studiul maşinilor termicemaşinilor termice CCăldura nu poate trece de la sine ăldura nu poate trece de la sine

(spontan) de la un corp rece la unul (spontan) de la un corp rece la unul caldcald (Clausius) (Clausius)

Nu Nu existexistă ă maşini care să producă L maşini care să producă L folosind o singură sursă de căldurăfolosind o singură sursă de căldură (Thomson)(Thomson)

IIntr-o transformare ciclică Q (primit) ntr-o transformare ciclică Q (primit) NUNU poate fi transformat integral icircn L poate fi transformat integral icircn L (efectuat)(efectuat)

QQpp L L Intr-un proces spontan ireversibil se Intr-un proces spontan ireversibil se

produce icircntotdeauna dezordineproduce icircntotdeauna dezordine

Sursa caldă

T1

Sursa receT2

SISTEMU

L = Q1 ndash Q2

Q1 Q2

0SL = Q le 0

ENTROPIAENTROPIA

Reprezintă măsura Reprezintă măsura ldquodezordiniirdquo din sistemldquodezordiniirdquo din sistem Boltzmann Boltzmann S = k ln N

k = constanta lui Boltzmannk = constanta lui Boltzmann N = probabilitatea termodinamicN = probabilitatea termodinamică (numărul de microstări posibile care ă (numărul de microstări posibile care

definesc identic starea macroscopică a sistemului)definesc identic starea macroscopică a sistemului)

Este Este o funco funcţţie deie de stare stare S = f(T) Variaţia de entropie Variaţia de entropie S este egală cu raportul dintre S este egală cu raportul dintre

cantitatea de căldura schimbată şi temperatura la care cantitatea de căldura schimbată şi temperatura la care are loc schimbul)are loc schimbul)

f

i

T

Tif T

dQS

ENERGIA LIBERĂ (Free energy) ENERGIA LIBERĂ (Free energy) ENTALPIA LIBERĂ (Gibbs)ENTALPIA LIBERĂ (Gibbs)

EEnergia liberănergia liberă (F) exprimă (F) exprimă capacitatea efectivă a acestuia de capacitatea efectivă a acestuia de a efectuaa efectua la temperatura la temperatura constanta)constanta) diferite acţiuni tip lucru diferite acţiuni tip lucru (travaliu)(travaliu)

La presiune si temperaturLa presiune si temperatură ă constantă constantă entalpia liberăentalpia liberă (G) (G) exprimă capacitatea reală a unui exprimă capacitatea reală a unui sistem de a efectua travaliusistem de a efectua travaliu

G H T S

U T S F F

G H T S

STUF

CAZURI PARTICULARECAZURI PARTICULARE

Procesele dinProcesele din sisteme izolate sisteme izolate ((U = 0)U = 0) creşterea creşterea SS implică scăderea implică scăderea FF FF devine devine minim icircn stareminim icircn stareaa de de

echilibruechilibru termodinamic termodinamic

Pentru sisteme neizolatePentru sisteme neizolate

F T S 0

T

QS revd

d

irevextirevextext SST

Q

T

QS

T

QS dd

ddd

dd

proceselproceselee iireversibilereversibile

proceselproceselee reversibile reversibile

ENERGIA INTERNĂENERGIA INTERNĂ

Suma tuturor energiilor cinetice (de mişcare) şi Suma tuturor energiilor cinetice (de mişcare) şi potenţiale (de interacţiune) a părţilor potenţiale (de interacţiune) a părţilor componente din sistem icircntre ele componente din sistem icircntre ele Energiile legăturilor chimice moleculareEnergiile legăturilor chimice moleculare Energiile legăturilor intermoleculareEnergiile legăturilor intermoleculare Energii atomice submoleculareEnergii atomice submoleculare Energii cinetice (translaţie rotaţie şi vibraţie) de tip Energii cinetice (translaţie rotaţie şi vibraţie) de tip

agitaţie termică la nivel molecular şi atomicagitaţie termică la nivel molecular şi atomic

EEste o funcţie de stareste o funcţie de stare

pt gazul ideal pt gazul ideal U = f(T)U = f(T)

Transformarea ciclicăTransformarea ciclică

UUn sistem poate efectua L numai dacă primeşte n sistem poate efectua L numai dacă primeşte Q din exteriorQ din exterior

imposibilitatea construirii unui ldquoperpetuum imposibilitatea construirii unui ldquoperpetuum mobilerdquo de tipul I adică imposibilitatea construirii mobilerdquo de tipul I adică imposibilitatea construirii unei maşini care să furnizeze lucru util fără să unei maşini care să furnizeze lucru util fără să primească energie din exteriorprimească energie din exterior

Transformarea izobarăTransformarea izobară

2 1 2 1pQ U p V U U p V V

Q U pV U pVP ( ) ( )2 2 1 1

Q H H HP 2 1

ENERGIA INTERNĂENERGIA INTERNĂ () () = ENTALPIE (H) = ENTALPIE (H)

potenpotenţţial utilizabilial utilizabilăă ca ca travaliutravaliu

H = U + pVH = U + pV

In natură majoritatea fenomenelor se petrec cu variaţia volumului dar la presiune constantă de obicei presiunea atmosferică

Principiul IPrincipiul II I

CarnotCarnot ( (18241824) ) randamentulrandamentul unei maşini termice care unei maşini termice care lucrează după un lucrează după un ciclu reversibilciclu reversibil nu depinde de substanţă de nu depinde de substanţă de lucru sau de construcţia maşinii lucru sau de construcţia maşinii ci numai de temperaturile sursei ci numai de temperaturile sursei calde şi sursei recicalde şi sursei reci

RRandamentul oricărei maşini andamentul oricărei maşini termice este icircntotdeauna mai termice este icircntotdeauna mai mic decacirct randamentul unei mic decacirct randamentul unei maşini termice care lucrează maşini termice care lucrează după un ciclu Carnot icircn acelaşi după un ciclu Carnot icircn acelaşi interval de temperaturăinterval de temperatură

L

Q

Q Q

Q

Q

Q

T

Tu

c

1 2

1

2

1

2

1

1 1

PPrincipiulrincipiul II = II = principiul creşterii principiul creşterii entropieientropiei

Studiul Studiul maşinilor termicemaşinilor termice CCăldura nu poate trece de la sine ăldura nu poate trece de la sine

(spontan) de la un corp rece la unul (spontan) de la un corp rece la unul caldcald (Clausius) (Clausius)

Nu Nu existexistă ă maşini care să producă L maşini care să producă L folosind o singură sursă de căldurăfolosind o singură sursă de căldură (Thomson)(Thomson)

IIntr-o transformare ciclică Q (primit) ntr-o transformare ciclică Q (primit) NUNU poate fi transformat integral icircn L poate fi transformat integral icircn L (efectuat)(efectuat)

QQpp L L Intr-un proces spontan ireversibil se Intr-un proces spontan ireversibil se

produce icircntotdeauna dezordineproduce icircntotdeauna dezordine

Sursa caldă

T1

Sursa receT2

SISTEMU

L = Q1 ndash Q2

Q1 Q2

0SL = Q le 0

ENTROPIAENTROPIA

Reprezintă măsura Reprezintă măsura ldquodezordiniirdquo din sistemldquodezordiniirdquo din sistem Boltzmann Boltzmann S = k ln N

k = constanta lui Boltzmannk = constanta lui Boltzmann N = probabilitatea termodinamicN = probabilitatea termodinamică (numărul de microstări posibile care ă (numărul de microstări posibile care

definesc identic starea macroscopică a sistemului)definesc identic starea macroscopică a sistemului)

Este Este o funco funcţţie deie de stare stare S = f(T) Variaţia de entropie Variaţia de entropie S este egală cu raportul dintre S este egală cu raportul dintre

cantitatea de căldura schimbată şi temperatura la care cantitatea de căldura schimbată şi temperatura la care are loc schimbul)are loc schimbul)

f

i

T

Tif T

dQS

ENERGIA LIBERĂ (Free energy) ENERGIA LIBERĂ (Free energy) ENTALPIA LIBERĂ (Gibbs)ENTALPIA LIBERĂ (Gibbs)

EEnergia liberănergia liberă (F) exprimă (F) exprimă capacitatea efectivă a acestuia de capacitatea efectivă a acestuia de a efectuaa efectua la temperatura la temperatura constanta)constanta) diferite acţiuni tip lucru diferite acţiuni tip lucru (travaliu)(travaliu)

La presiune si temperaturLa presiune si temperatură ă constantă constantă entalpia liberăentalpia liberă (G) (G) exprimă capacitatea reală a unui exprimă capacitatea reală a unui sistem de a efectua travaliusistem de a efectua travaliu

G H T S

U T S F F

G H T S

STUF

CAZURI PARTICULARECAZURI PARTICULARE

Procesele dinProcesele din sisteme izolate sisteme izolate ((U = 0)U = 0) creşterea creşterea SS implică scăderea implică scăderea FF FF devine devine minim icircn stareminim icircn stareaa de de

echilibruechilibru termodinamic termodinamic

Pentru sisteme neizolatePentru sisteme neizolate

F T S 0

T

QS revd

d

irevextirevextext SST

Q

T

QS

T

QS dd

ddd

dd

proceselproceselee iireversibilereversibile

proceselproceselee reversibile reversibile

Transformarea ciclicăTransformarea ciclică

UUn sistem poate efectua L numai dacă primeşte n sistem poate efectua L numai dacă primeşte Q din exteriorQ din exterior

imposibilitatea construirii unui ldquoperpetuum imposibilitatea construirii unui ldquoperpetuum mobilerdquo de tipul I adică imposibilitatea construirii mobilerdquo de tipul I adică imposibilitatea construirii unei maşini care să furnizeze lucru util fără să unei maşini care să furnizeze lucru util fără să primească energie din exteriorprimească energie din exterior

Transformarea izobarăTransformarea izobară

2 1 2 1pQ U p V U U p V V

Q U pV U pVP ( ) ( )2 2 1 1

Q H H HP 2 1

ENERGIA INTERNĂENERGIA INTERNĂ () () = ENTALPIE (H) = ENTALPIE (H)

potenpotenţţial utilizabilial utilizabilăă ca ca travaliutravaliu

H = U + pVH = U + pV

In natură majoritatea fenomenelor se petrec cu variaţia volumului dar la presiune constantă de obicei presiunea atmosferică

Principiul IPrincipiul II I

CarnotCarnot ( (18241824) ) randamentulrandamentul unei maşini termice care unei maşini termice care lucrează după un lucrează după un ciclu reversibilciclu reversibil nu depinde de substanţă de nu depinde de substanţă de lucru sau de construcţia maşinii lucru sau de construcţia maşinii ci numai de temperaturile sursei ci numai de temperaturile sursei calde şi sursei recicalde şi sursei reci

RRandamentul oricărei maşini andamentul oricărei maşini termice este icircntotdeauna mai termice este icircntotdeauna mai mic decacirct randamentul unei mic decacirct randamentul unei maşini termice care lucrează maşini termice care lucrează după un ciclu Carnot icircn acelaşi după un ciclu Carnot icircn acelaşi interval de temperaturăinterval de temperatură

L

Q

Q Q

Q

Q

Q

T

Tu

c

1 2

1

2

1

2

1

1 1

PPrincipiulrincipiul II = II = principiul creşterii principiul creşterii entropieientropiei

Studiul Studiul maşinilor termicemaşinilor termice CCăldura nu poate trece de la sine ăldura nu poate trece de la sine

(spontan) de la un corp rece la unul (spontan) de la un corp rece la unul caldcald (Clausius) (Clausius)

Nu Nu existexistă ă maşini care să producă L maşini care să producă L folosind o singură sursă de căldurăfolosind o singură sursă de căldură (Thomson)(Thomson)

IIntr-o transformare ciclică Q (primit) ntr-o transformare ciclică Q (primit) NUNU poate fi transformat integral icircn L poate fi transformat integral icircn L (efectuat)(efectuat)

QQpp L L Intr-un proces spontan ireversibil se Intr-un proces spontan ireversibil se

produce icircntotdeauna dezordineproduce icircntotdeauna dezordine

Sursa caldă

T1

Sursa receT2

SISTEMU

L = Q1 ndash Q2

Q1 Q2

0SL = Q le 0

ENTROPIAENTROPIA

Reprezintă măsura Reprezintă măsura ldquodezordiniirdquo din sistemldquodezordiniirdquo din sistem Boltzmann Boltzmann S = k ln N

k = constanta lui Boltzmannk = constanta lui Boltzmann N = probabilitatea termodinamicN = probabilitatea termodinamică (numărul de microstări posibile care ă (numărul de microstări posibile care

definesc identic starea macroscopică a sistemului)definesc identic starea macroscopică a sistemului)

Este Este o funco funcţţie deie de stare stare S = f(T) Variaţia de entropie Variaţia de entropie S este egală cu raportul dintre S este egală cu raportul dintre

cantitatea de căldura schimbată şi temperatura la care cantitatea de căldura schimbată şi temperatura la care are loc schimbul)are loc schimbul)

f

i

T

Tif T

dQS

ENERGIA LIBERĂ (Free energy) ENERGIA LIBERĂ (Free energy) ENTALPIA LIBERĂ (Gibbs)ENTALPIA LIBERĂ (Gibbs)

EEnergia liberănergia liberă (F) exprimă (F) exprimă capacitatea efectivă a acestuia de capacitatea efectivă a acestuia de a efectuaa efectua la temperatura la temperatura constanta)constanta) diferite acţiuni tip lucru diferite acţiuni tip lucru (travaliu)(travaliu)

La presiune si temperaturLa presiune si temperatură ă constantă constantă entalpia liberăentalpia liberă (G) (G) exprimă capacitatea reală a unui exprimă capacitatea reală a unui sistem de a efectua travaliusistem de a efectua travaliu

G H T S

U T S F F

G H T S

STUF

CAZURI PARTICULARECAZURI PARTICULARE

Procesele dinProcesele din sisteme izolate sisteme izolate ((U = 0)U = 0) creşterea creşterea SS implică scăderea implică scăderea FF FF devine devine minim icircn stareminim icircn stareaa de de

echilibruechilibru termodinamic termodinamic

Pentru sisteme neizolatePentru sisteme neizolate

F T S 0

T

QS revd

d

irevextirevextext SST

Q

T

QS

T

QS dd

ddd

dd

proceselproceselee iireversibilereversibile

proceselproceselee reversibile reversibile

Transformarea izobarăTransformarea izobară

2 1 2 1pQ U p V U U p V V

Q U pV U pVP ( ) ( )2 2 1 1

Q H H HP 2 1

ENERGIA INTERNĂENERGIA INTERNĂ () () = ENTALPIE (H) = ENTALPIE (H)

potenpotenţţial utilizabilial utilizabilăă ca ca travaliutravaliu

H = U + pVH = U + pV

In natură majoritatea fenomenelor se petrec cu variaţia volumului dar la presiune constantă de obicei presiunea atmosferică

Principiul IPrincipiul II I

CarnotCarnot ( (18241824) ) randamentulrandamentul unei maşini termice care unei maşini termice care lucrează după un lucrează după un ciclu reversibilciclu reversibil nu depinde de substanţă de nu depinde de substanţă de lucru sau de construcţia maşinii lucru sau de construcţia maşinii ci numai de temperaturile sursei ci numai de temperaturile sursei calde şi sursei recicalde şi sursei reci

RRandamentul oricărei maşini andamentul oricărei maşini termice este icircntotdeauna mai termice este icircntotdeauna mai mic decacirct randamentul unei mic decacirct randamentul unei maşini termice care lucrează maşini termice care lucrează după un ciclu Carnot icircn acelaşi după un ciclu Carnot icircn acelaşi interval de temperaturăinterval de temperatură

L

Q

Q Q

Q

Q

Q

T

Tu

c

1 2

1

2

1

2

1

1 1

PPrincipiulrincipiul II = II = principiul creşterii principiul creşterii entropieientropiei

Studiul Studiul maşinilor termicemaşinilor termice CCăldura nu poate trece de la sine ăldura nu poate trece de la sine

(spontan) de la un corp rece la unul (spontan) de la un corp rece la unul caldcald (Clausius) (Clausius)

Nu Nu existexistă ă maşini care să producă L maşini care să producă L folosind o singură sursă de căldurăfolosind o singură sursă de căldură (Thomson)(Thomson)

IIntr-o transformare ciclică Q (primit) ntr-o transformare ciclică Q (primit) NUNU poate fi transformat integral icircn L poate fi transformat integral icircn L (efectuat)(efectuat)

QQpp L L Intr-un proces spontan ireversibil se Intr-un proces spontan ireversibil se

produce icircntotdeauna dezordineproduce icircntotdeauna dezordine

Sursa caldă

T1

Sursa receT2

SISTEMU

L = Q1 ndash Q2

Q1 Q2

0SL = Q le 0

ENTROPIAENTROPIA

Reprezintă măsura Reprezintă măsura ldquodezordiniirdquo din sistemldquodezordiniirdquo din sistem Boltzmann Boltzmann S = k ln N

k = constanta lui Boltzmannk = constanta lui Boltzmann N = probabilitatea termodinamicN = probabilitatea termodinamică (numărul de microstări posibile care ă (numărul de microstări posibile care

definesc identic starea macroscopică a sistemului)definesc identic starea macroscopică a sistemului)

Este Este o funco funcţţie deie de stare stare S = f(T) Variaţia de entropie Variaţia de entropie S este egală cu raportul dintre S este egală cu raportul dintre

cantitatea de căldura schimbată şi temperatura la care cantitatea de căldura schimbată şi temperatura la care are loc schimbul)are loc schimbul)

f

i

T

Tif T

dQS

ENERGIA LIBERĂ (Free energy) ENERGIA LIBERĂ (Free energy) ENTALPIA LIBERĂ (Gibbs)ENTALPIA LIBERĂ (Gibbs)

EEnergia liberănergia liberă (F) exprimă (F) exprimă capacitatea efectivă a acestuia de capacitatea efectivă a acestuia de a efectuaa efectua la temperatura la temperatura constanta)constanta) diferite acţiuni tip lucru diferite acţiuni tip lucru (travaliu)(travaliu)

La presiune si temperaturLa presiune si temperatură ă constantă constantă entalpia liberăentalpia liberă (G) (G) exprimă capacitatea reală a unui exprimă capacitatea reală a unui sistem de a efectua travaliusistem de a efectua travaliu

G H T S

U T S F F

G H T S

STUF

CAZURI PARTICULARECAZURI PARTICULARE

Procesele dinProcesele din sisteme izolate sisteme izolate ((U = 0)U = 0) creşterea creşterea SS implică scăderea implică scăderea FF FF devine devine minim icircn stareminim icircn stareaa de de

echilibruechilibru termodinamic termodinamic

Pentru sisteme neizolatePentru sisteme neizolate

F T S 0

T

QS revd

d

irevextirevextext SST

Q

T

QS

T

QS dd

ddd

dd

proceselproceselee iireversibilereversibile

proceselproceselee reversibile reversibile

Principiul IPrincipiul II I

CarnotCarnot ( (18241824) ) randamentulrandamentul unei maşini termice care unei maşini termice care lucrează după un lucrează după un ciclu reversibilciclu reversibil nu depinde de substanţă de nu depinde de substanţă de lucru sau de construcţia maşinii lucru sau de construcţia maşinii ci numai de temperaturile sursei ci numai de temperaturile sursei calde şi sursei recicalde şi sursei reci

RRandamentul oricărei maşini andamentul oricărei maşini termice este icircntotdeauna mai termice este icircntotdeauna mai mic decacirct randamentul unei mic decacirct randamentul unei maşini termice care lucrează maşini termice care lucrează după un ciclu Carnot icircn acelaşi după un ciclu Carnot icircn acelaşi interval de temperaturăinterval de temperatură

L

Q

Q Q

Q

Q

Q

T

Tu

c

1 2

1

2

1

2

1

1 1

PPrincipiulrincipiul II = II = principiul creşterii principiul creşterii entropieientropiei

Studiul Studiul maşinilor termicemaşinilor termice CCăldura nu poate trece de la sine ăldura nu poate trece de la sine

(spontan) de la un corp rece la unul (spontan) de la un corp rece la unul caldcald (Clausius) (Clausius)

Nu Nu existexistă ă maşini care să producă L maşini care să producă L folosind o singură sursă de căldurăfolosind o singură sursă de căldură (Thomson)(Thomson)

IIntr-o transformare ciclică Q (primit) ntr-o transformare ciclică Q (primit) NUNU poate fi transformat integral icircn L poate fi transformat integral icircn L (efectuat)(efectuat)

QQpp L L Intr-un proces spontan ireversibil se Intr-un proces spontan ireversibil se

produce icircntotdeauna dezordineproduce icircntotdeauna dezordine

Sursa caldă

T1

Sursa receT2

SISTEMU

L = Q1 ndash Q2

Q1 Q2

0SL = Q le 0

ENTROPIAENTROPIA

Reprezintă măsura Reprezintă măsura ldquodezordiniirdquo din sistemldquodezordiniirdquo din sistem Boltzmann Boltzmann S = k ln N

k = constanta lui Boltzmannk = constanta lui Boltzmann N = probabilitatea termodinamicN = probabilitatea termodinamică (numărul de microstări posibile care ă (numărul de microstări posibile care

definesc identic starea macroscopică a sistemului)definesc identic starea macroscopică a sistemului)

Este Este o funco funcţţie deie de stare stare S = f(T) Variaţia de entropie Variaţia de entropie S este egală cu raportul dintre S este egală cu raportul dintre

cantitatea de căldura schimbată şi temperatura la care cantitatea de căldura schimbată şi temperatura la care are loc schimbul)are loc schimbul)

f

i

T

Tif T

dQS

ENERGIA LIBERĂ (Free energy) ENERGIA LIBERĂ (Free energy) ENTALPIA LIBERĂ (Gibbs)ENTALPIA LIBERĂ (Gibbs)

EEnergia liberănergia liberă (F) exprimă (F) exprimă capacitatea efectivă a acestuia de capacitatea efectivă a acestuia de a efectuaa efectua la temperatura la temperatura constanta)constanta) diferite acţiuni tip lucru diferite acţiuni tip lucru (travaliu)(travaliu)

La presiune si temperaturLa presiune si temperatură ă constantă constantă entalpia liberăentalpia liberă (G) (G) exprimă capacitatea reală a unui exprimă capacitatea reală a unui sistem de a efectua travaliusistem de a efectua travaliu

G H T S

U T S F F

G H T S

STUF

CAZURI PARTICULARECAZURI PARTICULARE

Procesele dinProcesele din sisteme izolate sisteme izolate ((U = 0)U = 0) creşterea creşterea SS implică scăderea implică scăderea FF FF devine devine minim icircn stareminim icircn stareaa de de

echilibruechilibru termodinamic termodinamic

Pentru sisteme neizolatePentru sisteme neizolate

F T S 0

T

QS revd

d

irevextirevextext SST

Q

T

QS

T

QS dd

ddd

dd

proceselproceselee iireversibilereversibile

proceselproceselee reversibile reversibile

PPrincipiulrincipiul II = II = principiul creşterii principiul creşterii entropieientropiei

Studiul Studiul maşinilor termicemaşinilor termice CCăldura nu poate trece de la sine ăldura nu poate trece de la sine

(spontan) de la un corp rece la unul (spontan) de la un corp rece la unul caldcald (Clausius) (Clausius)

Nu Nu existexistă ă maşini care să producă L maşini care să producă L folosind o singură sursă de căldurăfolosind o singură sursă de căldură (Thomson)(Thomson)

IIntr-o transformare ciclică Q (primit) ntr-o transformare ciclică Q (primit) NUNU poate fi transformat integral icircn L poate fi transformat integral icircn L (efectuat)(efectuat)

QQpp L L Intr-un proces spontan ireversibil se Intr-un proces spontan ireversibil se

produce icircntotdeauna dezordineproduce icircntotdeauna dezordine

Sursa caldă

T1

Sursa receT2

SISTEMU

L = Q1 ndash Q2

Q1 Q2

0SL = Q le 0

ENTROPIAENTROPIA

Reprezintă măsura Reprezintă măsura ldquodezordiniirdquo din sistemldquodezordiniirdquo din sistem Boltzmann Boltzmann S = k ln N

k = constanta lui Boltzmannk = constanta lui Boltzmann N = probabilitatea termodinamicN = probabilitatea termodinamică (numărul de microstări posibile care ă (numărul de microstări posibile care

definesc identic starea macroscopică a sistemului)definesc identic starea macroscopică a sistemului)

Este Este o funco funcţţie deie de stare stare S = f(T) Variaţia de entropie Variaţia de entropie S este egală cu raportul dintre S este egală cu raportul dintre

cantitatea de căldura schimbată şi temperatura la care cantitatea de căldura schimbată şi temperatura la care are loc schimbul)are loc schimbul)

f

i

T

Tif T

dQS

ENERGIA LIBERĂ (Free energy) ENERGIA LIBERĂ (Free energy) ENTALPIA LIBERĂ (Gibbs)ENTALPIA LIBERĂ (Gibbs)

EEnergia liberănergia liberă (F) exprimă (F) exprimă capacitatea efectivă a acestuia de capacitatea efectivă a acestuia de a efectuaa efectua la temperatura la temperatura constanta)constanta) diferite acţiuni tip lucru diferite acţiuni tip lucru (travaliu)(travaliu)

La presiune si temperaturLa presiune si temperatură ă constantă constantă entalpia liberăentalpia liberă (G) (G) exprimă capacitatea reală a unui exprimă capacitatea reală a unui sistem de a efectua travaliusistem de a efectua travaliu

G H T S

U T S F F

G H T S

STUF

CAZURI PARTICULARECAZURI PARTICULARE

Procesele dinProcesele din sisteme izolate sisteme izolate ((U = 0)U = 0) creşterea creşterea SS implică scăderea implică scăderea FF FF devine devine minim icircn stareminim icircn stareaa de de

echilibruechilibru termodinamic termodinamic

Pentru sisteme neizolatePentru sisteme neizolate

F T S 0

T

QS revd

d

irevextirevextext SST

Q

T

QS

T

QS dd

ddd

dd

proceselproceselee iireversibilereversibile

proceselproceselee reversibile reversibile

ENTROPIAENTROPIA

Reprezintă măsura Reprezintă măsura ldquodezordiniirdquo din sistemldquodezordiniirdquo din sistem Boltzmann Boltzmann S = k ln N

k = constanta lui Boltzmannk = constanta lui Boltzmann N = probabilitatea termodinamicN = probabilitatea termodinamică (numărul de microstări posibile care ă (numărul de microstări posibile care

definesc identic starea macroscopică a sistemului)definesc identic starea macroscopică a sistemului)

Este Este o funco funcţţie deie de stare stare S = f(T) Variaţia de entropie Variaţia de entropie S este egală cu raportul dintre S este egală cu raportul dintre

cantitatea de căldura schimbată şi temperatura la care cantitatea de căldura schimbată şi temperatura la care are loc schimbul)are loc schimbul)

f

i

T

Tif T

dQS

ENERGIA LIBERĂ (Free energy) ENERGIA LIBERĂ (Free energy) ENTALPIA LIBERĂ (Gibbs)ENTALPIA LIBERĂ (Gibbs)

EEnergia liberănergia liberă (F) exprimă (F) exprimă capacitatea efectivă a acestuia de capacitatea efectivă a acestuia de a efectuaa efectua la temperatura la temperatura constanta)constanta) diferite acţiuni tip lucru diferite acţiuni tip lucru (travaliu)(travaliu)

La presiune si temperaturLa presiune si temperatură ă constantă constantă entalpia liberăentalpia liberă (G) (G) exprimă capacitatea reală a unui exprimă capacitatea reală a unui sistem de a efectua travaliusistem de a efectua travaliu

G H T S

U T S F F

G H T S

STUF

CAZURI PARTICULARECAZURI PARTICULARE

Procesele dinProcesele din sisteme izolate sisteme izolate ((U = 0)U = 0) creşterea creşterea SS implică scăderea implică scăderea FF FF devine devine minim icircn stareminim icircn stareaa de de

echilibruechilibru termodinamic termodinamic

Pentru sisteme neizolatePentru sisteme neizolate

F T S 0

T

QS revd

d

irevextirevextext SST

Q

T

QS

T

QS dd

ddd

dd

proceselproceselee iireversibilereversibile

proceselproceselee reversibile reversibile

ENERGIA LIBERĂ (Free energy) ENERGIA LIBERĂ (Free energy) ENTALPIA LIBERĂ (Gibbs)ENTALPIA LIBERĂ (Gibbs)

EEnergia liberănergia liberă (F) exprimă (F) exprimă capacitatea efectivă a acestuia de capacitatea efectivă a acestuia de a efectuaa efectua la temperatura la temperatura constanta)constanta) diferite acţiuni tip lucru diferite acţiuni tip lucru (travaliu)(travaliu)

La presiune si temperaturLa presiune si temperatură ă constantă constantă entalpia liberăentalpia liberă (G) (G) exprimă capacitatea reală a unui exprimă capacitatea reală a unui sistem de a efectua travaliusistem de a efectua travaliu

G H T S

U T S F F

G H T S

STUF

CAZURI PARTICULARECAZURI PARTICULARE

Procesele dinProcesele din sisteme izolate sisteme izolate ((U = 0)U = 0) creşterea creşterea SS implică scăderea implică scăderea FF FF devine devine minim icircn stareminim icircn stareaa de de

echilibruechilibru termodinamic termodinamic

Pentru sisteme neizolatePentru sisteme neizolate

F T S 0

T

QS revd

d

irevextirevextext SST

Q

T

QS

T

QS dd

ddd

dd

proceselproceselee iireversibilereversibile

proceselproceselee reversibile reversibile

CAZURI PARTICULARECAZURI PARTICULARE

Procesele dinProcesele din sisteme izolate sisteme izolate ((U = 0)U = 0) creşterea creşterea SS implică scăderea implică scăderea FF FF devine devine minim icircn stareminim icircn stareaa de de

echilibruechilibru termodinamic termodinamic

Pentru sisteme neizolatePentru sisteme neizolate

F T S 0

T

QS revd

d

irevextirevextext SST

Q

T

QS

T

QS dd

ddd

dd

proceselproceselee iireversibilereversibile

proceselproceselee reversibile reversibile