Termodynamika - dział fizyki zajmujący się badaniem energetycznych efektów wszelkich przemian fizycznych i chemicznych, które wpływają na zmiany energii wewnętrznej analizowanych układów. Wbrew rozpowszechnionym sądom termodynamika nie zajmuje się wyłącznie przemianami cieplnymi lecz także efektami energetycznymi reakcji chemicznych,przemian z udziałem jonów, przemianami fazowymi, a nawet przemianami jądrowymi.
[Termodynamika klasyczna]? - zajmuje się badaniem wcześniej wspowmnianych zjawisk, tylko z punktu widzenia energetycznych efektów makrospowych, nie wnikając w naturę tych przemian na poziomie pojedyńczych cząsteczek.
[Termodynamika statystyczna]? - próbuje wyjaśniać prawa i zjawiska badane przez termodynamikę klasyczną na poziomie rozważań cząsteczkowych.
Podstawowe pojęcia termodynamiki:
energia wewnętrzna, energia swobodna, stan termodynamiczny, funkcja stanu, ciśnienie, temperatura, objętość, ciepło, ciepło właściwe, entalpia, entropia, [elementarne równanie stanu termodynamicznego]?, perpetuum mobile, [prawo Clapeyrona]?, gaz doskonały, [roztwór doskonały]?, kryształ doskonały, układ termodynamiczny, [układ teromdynamicznie zamknięty]?, układ termodynamicznie otwarty, układ termodynamicznie izolowany
Zasady termodynamiki
Klasyfikacja przemian termodynamicznych
Zerowa zasada termodynamiki to ogólna zasada równocenności stanów układów termodynamicznych. W najogólniejszym sformułowaniu głosi ona że:
Jeśli układ A i B ma tę samą wartość dowolnej funkcji stanu i podobnie jest w układzie B i C, to układy A i C również muszą mieć tę samą wartość tej funkcji stanu.
Mówiąc inaczej: jeśli ustalimy, że np: dwa ciała mają tę samą temperaturę, a następnie stwierdzimy, że jedno z tych ciał ma tę samą temperaturę co jeszcze jedno ciało to wszystkie one muszą mieć tę samą temperaturę.
Na pierwszy rzut oka wydaje się, że ta zasada jest banalna, ale w rzeczywistości bez jej przyjęcia nie dałoby się np: mierzyć temperatury przy pomocy termometru.
Pierwsza zasada termodynamiki to prosta zasada zachowania energii, czyli ogólna reguła głosząca, że energia w żadnym procesie nie może pojawić się "znikąd".
Istnieje wiele sformułowań tej zasady zależnie od sytuacji:
Sformułowania najbardziej ogólne:
1. Energia wewnętrzna układu zamkniętego nie zmienia się, niezależnie od przemian zachodzących w tym układzie.
2. Zmianom energii wewnętrznej układu otwartego odpowiada dokładnie ilość energii wymienianej z otoczeniem.
Sformułowanie dla procesów cieplno-mechanicznych:
Zmiana energii wewnętrznej jest równa sumie pracy wykonanej przez układ bądź nad układem i ciepła dostarczonego lub oddanego przez układ.
W zależności od sytuacji może ona być sformułowana na trzy sposoby:
1. Sumaryczna entropia przemian w układzie zamkniętym nie może być ujemna, t.j. może być równa zero lub większa od zera.
Komentarz: Nawet jeśli w układzie zdarzają się przemiany prowadzące do spadku entropii to muszą one być skompensowane przemianami ubocznymi w których entropia wzrasta
2. Sumaryczna entropia przemian w układzie otwartym oraz wymiany entropii z otoczeniem nie może być ujemna.
Komentarz: Jeśli nawet układowi otwartemu udaje się zmniejszyć entropię to musi się to odbywać kosztem wzrostu entropii otoczenia
3. Entropia w skali całego wszechświata powoli rośnie, jeśli przyjąć że cały wszechświat jest układem zamkniętym.
Ponieważ entropia jest miarą nieuporządkowania prowadzi to do wniosku że wszechświat jako całość dąży do termodynamicznego haosu.
Trzecia Zasada Termodynamiki głosi, że entropia substancji tworzących doskonałe kryształy dąży do 0 gdy temperatura dąży do 0 K.
Mówiąc jaśniej, gdyby udało się schłodzić jakąś substancję do 0 K i gdyby ona utworzyła kryształ doskonały to jej entropia musiałaby przyjąć wartość 0. Jest to jednak technicznie, a także formalnie niewykonalne, dlatego nie można zdefiniować trzeciej zasady termodynamiki w ten sposób.
Przemiany izobaryczne - przemiany gazowe, zachodzące przy stałym ciśnieniu.
V/T=const.
Pracę wyraża się wzorem: L=pΔV
Przemiany izotermiczne - przemiany gazowe, zachodzące przy określonej temperaturze.
W przemianach tych PV=const, gdzie:
Przemiany izochoryczne - przemiany gazowe zachodzące przy stałej objętości.
W przemianach tych P/T=const, gdzie:
Przemiany adiabatyczne (Procesy adiabatyczne) - proces termodynamiczny, podczas którego wyizolowany układ nie nawiązuje wymiany z otoczeniem; wszystkie przemiany są w obrębie ciał układu.
4
DODATEK