1

Zerowa zasada

termodynamiki

Waldemar Ufnalski

Wprowadzenie do termodynamiki

chemicznej

Wykład 2

Lord Kelvin (W.
Thomson)

H, Kamerlingh -
Onnes

2

2.1. Fakty

doświadczalne i

sformułowanie zerowej

zasady termodynamiki

Wykład 2

3

Dążenie układów do stanu

równowagi termicznej ...

A

B

ścianka
adiabatyczna

ścianka
diatemiczna

Q

A

B

Q = 0

Stan
początkowy

Stan
końcowy

4

Układ:

dwa dowolne podukłady A i B

rozdzielone ścianką diatermiczną i izolowane
od otoczenia ścianką adiabatyczną

Obserwacja I:

podukłady wymieniają między

sobą energię na sposób ciepła; szybkość tego
procesu dąży do zera podukłady A i B
osiągają stan równowagi termicznej
względem siebie.

Dążenie układów do stanu

równowagi termicznej - fakty

doświadczalne ...

5

...Dążenie układów do stanu

równowagi termicznej

A

B

Q = 0

A

B

C

Q

Q

A

B

C

Q = 0Q = 0

Stan
początkowy

Stan końcowy
I

Stan
końcowy II

6

Układ:

trzy dowolne podukłady A, C i B

rozdzielone ściankami diatermiczymi i
izolowane od otoczenia ścianką
adiabatyczną; kontakt termiczny A - B
możliwy wyłącznie za pośrednictwem C

Obserwacja II:

podukłady wymieniają między

sobą energię na sposób ciepła; szybkość tego
procesu dąży do zera podukłady A i C oraz B
i C osiągają stan równowagi termicznej
względem siebie.

....

Dążenie układów do stanu

równowagi termicznej - fakty

doświadczalne ...

7

Obserwacja III:

jeżeli podukłady A i C oraz B i

C parami w stanie równowagi termicznej, to
po usunięciu podukładu C i bezpośrednim
zetknięciu podukładów A i B przez ściankę
diatermiczną nie obserwuje się wymiany
energii na sposób ciepła między nimi.

...Dążenie układów do stanu

równowagi termicznej - fakty

doświadczalne

8

Jeżeli układy A i B są w stanie równowagi
termicznej z układem C, to są one również
w stanie równowagi termicznej względem
siebie.

E.A. Guggenheim, R. Fowler (1939)

Zerowa zasada termodynamiki

Zasady termodynamiki

(0 - 3)

- zwięzłe

uogólnienia faktów doświadczalnych
uznane za aksjomaty; służą do
definiowania funkcji stanu oraz określania
związków między nimi i parametrami
mierzalnymi.

9

2.2. Temperatura,

termometria i skale

temperatury

Wykład 2

10

Wspólną właściwość układów w stanie
równowagi termicznej nazywa się

temperaturą

. Każdemu ukła- dowi

przypisuje się intensywny parametr
stanu - temperaturę;

układy

pozostające w stanie równowa- gi
termicznej mają taką samą
temperaturę

.



Termometria - dział

termodynamiki poświęcony pomiarom
temperatur.

Konsekwencja zerowej zasady termodynamiki...

11

Termometr i pomiar
temperatury:

• Układ mający jeden stopień swobody

(temperatu- rę)



pozostałe parametry stanu

termometru są funkcjami wyłącznie
temperatury

• Wybrać łatwo i dokładnie mierzalny

parametr stanu termometru



parametr

termometryczny

.

• Utworzyć skalę temperatur



określić

zależność funkcyjną między parametrem
termometrycznym i temperaturą.

• Ustalić stan równowagi termicznej między

termo- metrem i badanym układem, zmierzyć
wartości parametru termometrycznego i
obliczyć tempera- turę w przyjętej skali.

12

Typy termometrów...

Termometr dylatometryczny „ciecz w
szkle”
•1 – zbiornik cieczy,
•2 – kapilara,

•G. D. Fahrenheit (1714) udoskonalił,
zbudo- wany ok. 50 lat wcześniej,
termometr rtęcio- wy i utworzył
pierwszą skalę temperatur.

•A. Celsjusz (1742) utworzył liniową
skalę stustopniową przypisując
mieszaninie wody i lodu nasyconej
powietrzem pod ciśnieniem 1 atm.
temperaturę 0

o

C, natomiast wodzie

wrzącej - temperaturę 100

o

C.

13

Typy termometrów...

Zasada budowy
termometru gazowego o
stałej objętości.
•1 -zbiornik kwarcowy
• 2 - zawór do napełniania
gazem
•4 - manometr zamknięty
• 5 -zbiornik wyrównawczy
• 3- poziomu rtęci.

14

Termodynamiczna skala temperatur

definiowana za pomocą termometru

gazowego

)

(

lim

b

t

a

PV

P





 0

   

 

 

0

100

0

0

0

100

0

t

t

t

t

PV

PV

PV

PV

X

t

t

t

t

P

X













lim

0

100

0

0

100

P

P

P

P

C

t

X

P

o

X









lim

/

Zmodyfikowana stustopniowa skala Celsjusza





15

Termodynamiczna skala temperatur

definiowana za pomocą termometru

gazowego

Skala bezwzględna (Kelvina)

aT

PV

P



 0

lim

 

 

0

0

0

T

T

PV

PV

X

T

T

P

X





lim

 

 

0

0

16

273

T

T

P

PV

PV

K

T





lim

,

/

C

t

K

T

o

/

,

/





15

273





16

Typy termometrów...

Rzeczywisty wygląd termometru gazowego

17

Typy termometrów...

Zasada budowy
termometru
oporowego (Pt)
•1 -opornik z
drutu
platynowego

Zasada budowy
termopary
•1 -spoina odniesienia
•2 - spoina pomiarowa
,  - metale

18

Wszystka wiedza pochodzi z

doświadczenia. Doświadczenie

jest produktem rozumu.

Emanuel Kant (1724 –

1804)

filozof niemiecki , twórca

idealizmu transcedentalnego

.