Podsumowanie

Podsumowanie

3.1 Układy termodynamiczne

  • Układ termodynamiczny, jego granica i otoczenie muszą być zdefiniowane, a rola wszystkich jego komponentów musi być zrozumiała, zanim będziemy mogli zbadać daną sytuację.
  • Równowaga termiczna między dwoma ciałami jest osiągnięta, gdy trzecie ciało jest w równowadze termicznej z każdym z tych ciał z osobna.
  • Ogólne równanie stanu dla układu zamkniętego ma postać f ⁢ p V T = 0 f ⁢ p V T =0, czego przykładem jest równanie stanu gazu doskonałego.

3.2 Praca, ciepło i energia wewnętrzna

  • Dodatnia (ujemna) praca jest wykonywana przez układ termodynamiczny podczas jego rozszerzania się (lub kurczenia).
  • Ciepło to energia przekazywana między dwoma ciałami (lub dwoma częściami układu) różniącymi się temperaturą.
  • Energia wewnętrzna układu termodynamicznego jest całkowitą energią mechaniczną cząsteczek składających się na ten układ.

3.3 Pierwsza zasada termodynamiki

  • Energia wewnętrzna układu termodynamicznego jest funkcją stanu i dlatego jest jednoznacznie określona dla każdego stanu równowagi układu.
  • W dowolnym termodynamicznym procesie wzrost energii wewnętrznej układu termodynamicznego jest określony przez dodane do układu ciepło pomniejszone o pracę wykonywaną przez układ.

3.4 Procesy termodynamiczne

  • Termiczne własności układu opisane są za pomocą zmiennych termodynamicznych. Dla gazu doskonałego zmienne te to: ciśnienie, objętość, temperatura oraz liczba cząsteczek lub moli gazu.
  • Dla układu będącego w równowagowym stanie termodynamicznym zmienne termodynamiczne są ze sobą powiązane przez równanie stanu.
  • Rezerwuar ciepła (termostat) jest tak duży, że kiedy wymienia ciepło z innymi układami, jego temperatura się nie zmienia.
  • Proces kwazistatyczny jest tak wolny, że układ, w którym on zachodzi, jest zawsze w równowagowym stanie termodynamicznym.
  • Proces odwracalny to taki, którego drogę można odwrócić.
  • Podstawowe typy procesów termodynamicznych to
    1. izotermiczny, w którym temperatura układu jest stała;
    2. adiabatyczny, w którym ciepło ani nie przepływa do układu, ani z niego nie odpływa;
    3. izobaryczny, w którym ciśnienie układu jest stałe;
    4. izochoryczny, w którym objętość układu jest stała.
  • Konsekwencje pierwszej zasady termodynamiki dla procesów termodynamicznych:
    1. izotermicznego: Δ ⁢ U = 0 ⁢ J Δ ⁢ U = 0 ⁢ J , Q = W Q=W;
    2. adiabatycznego: Q = 0 ⁢ J Q= 0 ⁢ J , Δ ⁢ U = − W Δ ⁢ U = − W ;
    3. izobarycznego: Δ ⁢ U = Q − W Δ ⁢ U = Q − W ;
    4. izochorycznego: W = 0 ⁢ J W= 0 ⁢ J , ΔU=QΔU=Q \prefop{\Delta} U = Q.

3.5 Pojemność cieplna gazu doskonałego

  • Dla gazu doskonałego molowa pojemność cieplna przy stałym ciśnieniu C p C p jest dana przez Cp=CV+R=d⁢R∕2+RCp=CV+R=d⁢R∕2+R C_p = C_V + R= dR/2 + R, gdzie d d to liczba stopni swobody każdej cząsteczki/jednostki układu.
  • Gaz rzeczywisty ma molową pojemność cieplną nieco wyższą niż molowa pojemność cieplna odpowiedniego gazu doskonałego, C p ≈ C V + R ⁢ C p ≈ C V + R ⁢ .

3.6 Proces adiabatyczny gazu doskonałego

  • Krzywa kwazistatyczneego rozprężania adiabatycznego gazu doskonałego opada gwałtowniej niż krzywa rozprężania izotermicznego.
  • Rzeczywiste rozprężanie może być adiabatyczne, rzadko kwazistatyczne.