SINTEZĂ LA CAPITOLUL „NOŢIUNI DE TERMODINAMICĂ”

Fenomenele termice sunt fenomene fizice legate de mişcarea permanentă, complet dezordonată şi dependentă de temperatură, care se manifestă la nivel molecular (agitaţia termică).

Sistemul termodinamic reprezintă un corp sau ansamblu de corpuri bine delimitat.Parametrii de stare sunt mărimi fizice măsurabile care caracterizează univoc proprietăţile

sistemului termodinamic (au valori unice şi bine determinate în fiecare stare). Exemple: volumul, presiunea, temperatura, etc.

Mulţimea tuturor parametrilor de stare determină complet starea sistemului termodinamic.Proces (transformare) de stare – trecerea unui sistem termodinamic dintr-o stare în alta.Energie internă a sistemului termodinamic,U, este o mărime fizică de stare care măsoară

suma energiilor cinetice ale tuturor moleculelor din sistem, precum şi energiile potenţiale datorate forţelor intermoleculare sau interacţiei cu câmpurile de forţe exterioare. Sistemele termodinamice schimbă energie cu mediul extern sub formă de căldură sau de lucru mecanic.

Lucrul mecanic este o mărime fizică de proces care, în cazul unui proces izobar, se calculează cu expresia:

Atunci când sistemul termodinamic schimbă energie cu mediul extern sub formă de lucru mecanic apar variaţii ale parametrilor de poziţie. Dacă în timpul schimbului de energie nu apar variaţii ale parametrilor de poziţie, atunci sistemul schimbă energie cu mediul extern numai sub formă de căldură. Proces adiabatic – proces în care sistemul poate schimba energie cu mediul exterior numai sub formă de lucru mecanic (Q=0).

Două sisteme termodinamice se află în echilibru termic atunci când, fiind puse în contact termic, nu schimbă căldură între ele.

Principiul tranzitivităţii echilibrului termic: dacă sistemele A şi B sunt în echilibru termic, iar B este în echilibru termic cu C, atunci sistemele A şi C sunt în echilibru termic.

Temperatura empirică t este o mărime fizică de stare care caracterizează stările de echilibru termic ale sistemelor termodinamice.

[t]SI =1oCTemperatura absolută, T , este temperatura exprimată în scara Kelvin şi este definită

având ca stare termică de referinţă starea triplă a apei (273,15 K).

Principiul I al termodinamicii: pentru orice sistem termodinamic închis, variaţia ΔU a energiei interne în cursul unui proces i→f este dată de relaţia: ΔU=Qif-Lif.

Pentru un sistem termodinamic izolat termic şi mecanic, energia internă are aceeaşi valoare în orice stare (legea de conservare a energiei unui sistem izolat).

Capacitatea calorică a unui corp, C, este mărimea fizică scalară definită prin relaţia:

.

Căldura molară, Cμ, este mărimea fizică scalară definită de relaţia:

.

Căldura specifică, c, este mărimea fizică scalară definită de relaţia:

.

La gaze, coeficienţii calorici depind de transformarea pe care o suferă gazul. Relaţia Robert – Mayer: R=constanta gazului ideal (8314 J/kmol∙K).

Corpurile aduse în contact termic ajung, după un anumit timp, la echilibru termic. Termostatele sunt sisteme cu energie internă infinită care, în urma contactului termic cu alte corpuri, nu-şi modifică temperatura.

Ecuaţia calorimetrică – atunci când două sau mai multe corpuri cu temperaturi diferite sunt închise într-o incintă adiabatică, suma căldurilor primite de corpurile reci este egală cu suma modulelor căldurilor cedate de corpurile mai calde.

Termodinamica gazului ideal

Transf.Legea transformării Graficul transformării

Q L ΔUîn temp. relativă

în temp absolută

în coord. (p,V)

în coord. (p,T)

în coord. (V,T)

izotermă(m=ct., T=ct.)

p∙V=const. 0

izobară(m=ct.,p=ct.)

1

15,273

1

1

grad

tVV o

*

izocoră(m=ct., V=ct.)

*

*

0

generală(m=ct.)

din ecuaţia principiului I:Q=L+ΔU

din graficul transformării în coordonate (p,V)

adiabată(m=ct., Q=0)

*** 0

*α – coeficient de dilatare izobară;**β – coeficient de variaţie a presiunii cu temperatura;

*** - exponent adiabatic. Pentru gazul ideal monoatomic: , iar pentru gazul ideal diatomic:

Ecuaţia termică de stare a gazului ideal: , unde reprezintă numărul de kmoli de gaz. Ecuaţia calorică de stare a gazului ideal:

, unde i reprezintă numărul de grade de libertate al moleculelor gazului (3 în cazul gazului monoatomic şi 5 în cazul gazului diatomic)

Principiul al doilea al termodinamicii:Formularea Thomson: este imposibil de realizat o transformare ciclică monotermă reversibilă care să aibă ca unic rezultat final transformarea integrală a căldurii absorbite în lucru mecanic.Formularea Claussius: este imposibil un proces în care căldura să treacă de la sine de la un corp cu o temperatură dată la un alt corp cu o temperatură mai ridicată.

Motoarele termice sunt dispozitive care transformă în lucru mecanic o parte din căldura obţinută prin arderea unui combustibil.

Randamentul unui motor termic este definit prin relaţia:

.

Întotdeauna randamentul unui motor termic este subunitar.

Faze ale sistemelor fizice sunt părţi ale unui sistem cu proprietăţi fizice distincte- faza solidă;- faza lichidă;- faza de vapori;- faza gazoasă.

Topirea este fenomenul de trecere a unei substanţe din stare solidă în stare lichidă.Solidificarea este fenomenul de trecere a unei substanţe din stare lichidă în stare solidă.Căldura latentă specifică de topire (solidificare) izotermă este mărimea fizică scalară λt

definită prin relaţia: (căldura necesară unităţii de masă dintr-o substanţă ca să sufere

fenomenul de topire).

Vaporizarea este fenomenul de trecere a unei substanţe din stare lichidă în stare de vapori.Condensarea este fenomenul de trecere a unei substanţe din stare de vapori în stare lichidă.Căldura latentă specifică de vaporizare (condensare) este mărimea fizică scalară λV definită

prin relaţia: (căldura necesară unităţii de masă dintr-o substanţă ca să sufere fenomenul de

vaporizare).Sublimarea este fenomenul de trecere a unei substanţe din stare solidă în stare de vapori.Desublimarea este fenomenul de trecere a unei substanţe din stare de vapori în stare solidă.