IMG 22

, CZYNNIKI TERMODYNAMICZNE I RÓWNANIE STANU

3 j CZYNNIKI TERMODYNAMICZNE

Pod/i-ł czynników termodynamicznych można przeprowadzić według rozma-,tvch kryteriów.* Na przykład, jeżeli ograniczymy się do analizy procesów fizycznych (tzn do układów, w których nic zachodzą reakcje chemiczne, zmieniające własności czynnika), to możemy rozróżnić substancje:

_ jednoskładnikowe (składają się z molekuł chemicznie tej samej substancji), wieloskładnikowe (składują się z molekuł chemicznie różnych substancji).

Oprócz tego substancje te mogą być:

jednorodne (homogeniczne), o własnościach niezmieniających się w obrąbie da-nego ciała,

niejednorodne (heterogeniczne), o własnościach zmieniających się w obrębie danego ciała.

Opisane powyżej zróżnicowanie może występować w dowolnej kombinacji, co pokazuje poniższe zestawienie:

-    jednoskładnikowe:

•    jednorodne (np. woda w stanie ciekłym);

•    niejednorodne (np. para wodna mokra);

-    wieloskładnikowe:

•    jednorodne (np. powietrze);

•    niejednorodne (np. powietrze zamglone, czyli zawiesina kropelek wody w powietrzu).

Ponadto, każdy z czynników może występować w różnych stanach skupienia, z tym jednak, źc głównym obszarem zainteresowania w ramach tych wykładów termodynamiki (z punktu widzenia zastosowania) są te procesy, w których uczestniczą gazy, ^{w znacznjc} "“lejnym stopniu ciecze, natomiast rozpatrywanie ciał stałych pominięto.

To w jakim stanic skupienia występuje dany czynnik termodynamiczny, zależy od jego .tanu energetycznego (energii kinetycznej jego molekuł), którego miarą jest temperatura (rośnie ona wraz ze wzrostem energii kinetycznej molekuł). Cząsteczki każde-

fakteTi in.rn"¹⁰^ ia ^P°™^SZ*^ć ruchcm Postępowym, obrotowym i drgającym, a cha-

(nazy^anych^"⁰^ ^    ^ależy 00 s,ł wzaJ^cmn«g° oddziaływania molekuł

(nazywanych oddziaływaniami molekularnymi).

Siły Ic d/iulają zarówno prryciągająco, jak i odpychająco, Mlezmc^od^^ pomiędzy cząsicczkunn. przy czym siły odpychające są ^'.yciaBani* działają i gwałtownie rosną w miarę zbliżania się molekuł, natomiast siły P¹ y ₍-^_łarai_ttcr lej na większe odległości i wolniej maleją wraz z oddalaniem się cząstccze    _unj_tU 3.1

zależności - dla siły będącej wypadkową obu oddziaływań - pokazano na _otjpycha-Jak widać, w miarę oddalania się molekuł od siebie bardzo szybko ma ^c3**' wyciągające 1 przy pewnej odległości ich wpływ zanika, a dominujące stają się *|*y    ^

nia. które w miarę dalszego oddalania się najpierw rosną, osiągając ma simu stępnic również zanikają, ałe znacznie wolniej.

Rys. 3.1. Zależność sił oddziaływania molekularnego od odległości cząsteczek r

Struktura każdego czynnika termodynamicznego (również jego stan skupienia) jest rezultatem pewnej „gry" pomiędzy opisanymi powyżej siłami oddziaływania molekularnego a ruchem cieplnym molekuł, wynikającym z ich stanu energetycznego określanego przez wartość temperatury czynnika. Siły oddziaływań międzycząstcczko-wych „starają się” ustawić molekuły w położeniach równowagi, natomiast energia kinetyczna molekuł oddziałuje przeciwnie. W konsekwencji zależnie od wyniku „gry" -czynnik termodynamiczny przyjmuje odpowiedni stan skupienia. W niskich temperaturach (oczywiście charakterystycznych dla danej substancji) siły molekularne przeważają nad ruchem cieplnym drobin, utrzymując je w położeniach równowagi i struktura ciała pozostaje uporządkowana, mamy wówczas ciało stale. W miarę wzrostu tempe ratury energia drobin ciała staje się coraz większu, ruch coraz bardziej intensywny i wreszcie porządek ciała stałego zostaje zburzony (chociaż niecałkowicie). Zachodzi wówczas przemiana fazowa, w której z ciała stałego powstaje ciecz. Cząsteczki cieczy przy niewielkich siłach mogą zmieniać położenie względem siebie, choć w dalszym ciągu wypełniają przestrzeń równie szczelnie jak w ciele stałym (stąd muła różnica między gęstością cieczy i ciała stałego), z czego wynika również bardzo nuda ściśli

27