Wiadomości wstępne

 

Termodynamika — to dział fizyki obejmujący badanie zjawisk cieplnych.
To nauka o energii zajmująca się badaniem energetycznych efektów wszelkich przemian fizycznych i chemicznych, które wpływają na zmiany energii wewnętrznej analizowanych układów.

Termodynamika. Ireneusz Owczarek

Ze względu na metodę opisu zjawisk fizycznych dzieli sie termodynamikę na: fenomenologiczna statystyczną. Termodynamika fenomenologiczna traktuje ciała stałe, ciecze i gazy jako ośrodki ciągłe nie mające budowy cząsteczkowej. Bada związki między makroskopowymi wielkościami charakteryzującymi układ jako całość.
Termodynamika statystyczna traktuje ciała stałe, ciecze i gazy jako ośrodki mające strukturę wewnętrzną (cząsteczkową).

Termodynamika statystyczna jest teorią ogólniejszą niż termodynamika fenomenologiczna, ponieważ zasady termodynamiki fenomenologicznej można wyprowadzić na gruncie mechaniki statystycznej.



Opis zjawisk fizycznych

Opis makroskopowy (fenomenologiczny) Opis mikroskopowy lub kinetyczno-molekularny
Punktem wyjścia do opisu zjawisk są bezpośrednio mierzalne parametry układu: temperatura, objętość, ciśnienie. Punktem wyjścia jest ruch molekuł (cząsteczek) i ich wzajemne oddziaływanie.
Podstawowe wielkości, które służą do opisu zachowania cząsteczek to ich prędkość i energia kinetyczna.


Termodynamiczne własności rozpatrywanych obiektów opisuje się za pomocą funkcji stanu układu. Zmiana jednej z nich wywołuje zmianę innych parametrów stanu.

Opis makroskopowy (fenomenologiczny) Opis mikroskopowy lub kinetyczno-molekularny
Temperatura T, objętość V, ciśnienie p, energia wewnętrzna U, masa gazu m.
Średnia energia kinetyczna cząsteczek, prędkość określonej cząsteczki, masa cząsteczki.


Ciśnienie

Opis makroskopowy (fenomenologiczny) Opis mikroskopowy lub kinetyczno-molekularny
Np. siła działająca na jednostkową powierzchnię
Wielkość fizyczna zależna od pędu i liczby molekuł uderzających o powierzchnię lub ich energii kinetycznej i liczby molekuł w jednostce objętości.

Ciśnienie p jest równe liczbowo sile działającej prostopadle do powierzchni, na jednostkę powierzchni na jaką ona działa:

p=
F

S

Ciśnienie wynikające z ciężaru cieczy znajdującej się w polu grawitacyjnym nazywane jest ciśnieniem hydrostatycznym, i nie zależy ono od wielkości i kształtu zbiornika, a zależy wyłącznie od wysokości h słupa cieczy i jej gęstości ρ:

p= ρ gh.

    Jednostki ciśnienia:
  • 1 Pa = 1 Nm-2,
  • 1 atm = 101 325 Pa.

Stałe występujące w termodynamice

  • Stała Boltzmanna

    k=1,3807·10-23 JK-1.

  • Uniwersalna stała gazowa

    R=8,314 Jmol-1K-1.

  • Liczba Avogadra

    NA =6,02·1023 mol-1,

    określa liczbę atomów, cząsteczek (lub innych cząstek materii) w jednym molu substancji złożonej z tychże atomów lub cząsteczek.
  • Objętość molowa gazu (objętość 1 mola gazu)w warunkach normalnych (T0=273,15K, p0=101,3kPa) wynosi:

    22,41 dm3.

związane są zależnością:


R=kNA.



 Ireneusz Owczarek  ©  2011 - 2013