WYKŁAD 1_1
1. Układ - otoczenie
Układ to część świata, która jest przedmiotem naszych zainteresowań (w danej chwili ). Reszta świata to otoczenie.
Układ ma ściśle zdefiniowane granice – niekoniecznie rzeczywiste powierzchnie, czasem tylko powierzchnie pomyślane.
UKŁAD
IZOLOWANY
ZAMKNIĘTY
OTWARTY
Dm=0; DU=0
Dm=0; DU¹0
Dm¹0; DU¹0
Stan układu to jego sytuacja opisana zespołem informacji umożliwiających odtworzenie go dowolną ilość razy.
Ten zespół informacji to parametry stanu ( n1, n2, T, p )
2. Równowaga termodynamiczna czyli wszystkie właściwości układu stałe w czasie dowolnie długim:
-równowaga mechaniczna - nie ma sił niezrównoważonych -tłok się nie porusza, ciśnienia wyrównane;
-równowaga termiczna - nie ma różnic temperatur;
-równowaga chemiczna - stężenia wszystkich składników stałe w czasie i we wszystkich miejscach.
3. Zerowa zasada termodynamiki.
Dwa różne układy kontaktują się przez ściankę: sztywną( nie dopuszczającą do wyrównywania ciśnień),
nieprzepuszczalną (nie ma wymiany masy), diatermiczną (pozwalającą na wymianę ciepła). Jeśli zetknąć takie wybrane dwa układy, to początkowo zachodzić będzie proces wymiany ciepła, potem wszystkie właściwości się ustalą i już nic dziać się nie będzie. Układy będą w równowadze termicznej.
Jeśli układ A jest w równowadze termicznej z układem P(próbnik), oraz jeśli układ D jest w równowadze termicznej z układem P(próbnik), to ( bez sprawdzania można być pewnym ) układ A jest w równowadze termicznej z układem D.
Stąd wniosek - jest jedna wielkość charakteryzująca stan równowagi termicznej. Nazwano ją TEMPERATURA.
Różnica temperatur to miernik oddalenia od stanu równowagi termicznej.
4. Termodynamiczna skala temperatur
Zaobserwowano, że dla wszystkich gazów granica iloczynu pV zależy od temperatury - jest do niej wprost proporcjonalna.
Doświadczenia wyglądały następująco:
- Cylinder z tłokiem zawierający 1 mol gazu zanurzony był w łaźni zawierającej wodę stałą, ciekłą i gazową (punkt potrójny wody służący jako wzorzec ) i zmierzono iloczyn pV dla trzech różnych położeń tłoka czyli dla trzech
różnych ciśnień p1, p2, p3.
- Powtórzono doświadczenie dla cieplejszej łaźni.
temperatura łaźni T temperatura łaźni Tppw
Sporządzono wykresy pV=f(p) i odczytano przez ekstrapolację oraz (jakaś liczba, tutaj większa od bo łaźnia żółta cieplejsza od niebieskiej).
Sytuacja współistnienia wszystkich trzech stanów skupienia wody
(punkt potrójny wody) niech będzie wzorcowa dla tej wielkości – temperatury.
czyli gdzie 2271 to wartość eksperymentalna.
Przypisano tej temperaturze(Tppw) wartość 273,16K, wtedy stała proporcjonalności R ma wartość 8,314J/molK.
Przypisanie powoduje, że K (kelvin, jednostka na skali temperatury termodynamicznej) to taka sama
różnica temperatur jak stopień Celsjusza ( ΔT= Δt) I to jest wygodne - dlatego przyjęto arbitralnie Tppw =273,16K.
Orientacyjne punkty na skali temperatur: 273,16K - punkt potrójny wody (0,01ºC); 273,15K - temperatura topnienia lodu pod ciśnieniem 1atm (0ºC); 373,15K - temperatura wrzenia wody pod ciśnieniem 1atm (100ºC)
TERMODYNAMICZNA DEFINICJA TEMPERATURY
5. Przemiany - podział na trzy typy. - najpierw przykłady potem uogólniona nazwa typu
1.Stan początkowy: H2O stała, 0°C,
1atm - stan końcowy: H2O ciekła,
0°C, 1atm
Przemiana
polega na stopieniu się lodu.
1.Gaz w ilości 1mola zamknięty
w zbiorniku (T1 ,p1 ,V )
ogrzano do temp. T2 (T2 , p 2 , V).
PRZEMIANA IZOCHORYCZNA
1. W stałej temperaturze i pod stałym ciśnieniem
w miejsce substratów pojawiają się produkty
2.Para wodna o temp. 100°C i
o p=1atm skrapla się i na końcu jest
ciecz o temp.100°C i p=1atm
.
2.Gaz (T1 ,p ,V1 ) w ilości 1mola
zamknięty w zbiorniku z ruchomym
tłokiem ogrzewano aż jego objętość
wzrosła do V2 (T2 ,p ,V2).
PRZEMIANA IZOBARYCZNA
2. W stałej temperaturze i w stałej objętości
itd
3.Gaz (p1 ,V1 , T) w stałej temp.
ulega sprężeniu do p2 (T, V2).
PRZEMIANA IZOTERMICZNA
4.Gaz (p1 ,V1 , T1 ) bez wymiany ciepła
z otoczeniem
(izolacja albo b.szybki proces )
ulega rozprężeniu do p2 (T2 , V2).
PRZEMIANA ADIABATYCZNA
5.Ciecz podgrzana od T 1 do T 2 .
itd.
PRZEMIANA TYPU PVT.
REAKCJE CHEMICZNE
6. Przemiany typu pVT - podział według sposobu prowadzenia.
Jeśli chcemy, aby w ustalonej temperaturze gaz powiększył swą objętość, to z zewnątrz musi być trochę niższe ciśnienie niż wewnątrz. Wtedy gaz się rozpręży. Jeśli teraz chcemy ze stanu (2) wrócić do stanu (1), czyli aby tłok przesunął się w dół ciśnienie na zewnątrz musi być trochę wyższe niż w środku. Fakt, że ciśnienie na zewnątrz jest inne niż wewnątrz oznacza, że nie ma równowagi termodynamicznej.
TAKIE PRZEMIANY TO PRZEMIANY NIEODWRACALNE
Gdyby niedomiar ciśnienia przy rozprężaniu (1-2) i nadwyżka ciśnienia przy sprężaniu (2-1) była tak mała, że aż zerowa, to obie przemiany -(1-2) i (2-1) - szłyby przez te same punkty na wykresie, te same stany pośrednie. TO BYŁABY PRZEMIANA ODWRACALNA.
Ale sprężanie gazu przy zerowej nadwyżce ciśnienia szłoby nieskończenie długo.
Ale rozprężanie gazu przy zerowej niedomiarze ciśnienia szłoby nieskończenie długo.
Przemiana odwracalna to model graniczny, nie realna przemiana.
Przemiana odwracalna ma zerową siłę napędową. ( dp, dT, dc,....)
Przemiana odwracalna to ciąg kolejnych stanów równowagi.
7. Energia wewnętrzna układu. U mierzona w J/mol
jest to suma wszystkich rodzajów energii w układzie.
- energia jądrowa, elektronowa, energia wiązań chemicznych,
- energia ruchu translacyjnego cząsteczek,
- energia ruchu rotacyjnego cząsteczek,
- energia ruchu oscylacyjnego cząsteczek,
...
gosia1201