3582327121

T. Hąfrrum, G Wykkidy z Tmfaxfyrxnmki technicznej i chemicznej WydńaŁ Chemiczny PW, kierunek Technologia chemiczna, sem, 2012/2013

Tadeusz Hofman, WYKŁADY Z TERMODYNAMIKI TECHNICZNEJ I CHEMICZNEJ dla chemików

Adres internetowy: http^/wwwxh.pw,edu.pl/~hof/term_ttc.htm, gdzie można znaleźć: regulamin zaliczeń i egzaminów, tematy egzaminacyjne, teksty wykładów, kolokwia z lat ubiegłych, wyjaśnienie sposobu rozwiązywania problemów z ćwiczeń rachunkowych, etc.

Literatura:

1.    Chemia fizyczna, praca zbiorowa, PWN, Warszawa 1980.

2.    P.W. Atkins, Chemia fizyczna, PWN, Warszawa 2001.

3.    H. Buchowski, W. Ufnalski, Podstawy termodynamiki, WNT, Warszawa 1994.

4.    H. Buchowski, W. Ufnalski, Gazy, ciecze, płyny, WNT, Warszawa 1994.

5.    H. Buchowski, W. Ufnalski, Roztwory, WNT, Warszawa 1995.

6.    H. Buchowski, W. Ufnalski, Równowagi chemiczne. WNT, Warszawa 1995

7.    K. Gumiński, Termodynamika, PWN, Warszawa 1974.

8- K. Pigoń, K Ruziewicz, Chemia fizyczna. Podstawy fenomenologiczne. PWN, Warszawa, 2005.

9.    J. Szarawara, Termodynamika chemiczna stosowana, WNT, Warszawa 1997.

10.    K Zalewski, Wykłady z mechaniki i termodynamiki statystycznej dla chemików, PWN, Warszawa 1982.

11.    K Zalewski, Wykłady z termodynamiki fenomenologicznej i statystycznej, PWN, Warszawa 1978.

WYKŁAD 1-2

A.    Wstęp i podstawy

B.    I zasada termodynamiki

C.    Podstawy termochemii

A. WSTĘP I PODSTAWY

1.    Termodynamika jest częścią fizyki, a zatem jej podstawowym celem jest wyjaśnianie i odkrywanie praw rządzących otaczającym nas światem. Wyróżniamy wiele jej działów, przy czym ich wyodrębnienie następuje ze względu na ograniczenie przedmiotu zainteresowania jedynie do:

-    określonych właściwości (np. optyka, akustyka, mechanika)

-    określanych układów, czyli do ściśle sprecyzowanych obiektów, a nie do całej rzeczywistości. Najprostszy podział dotyczy ich rozmiarów (tak więc z jednej strony manty fizykę cząstek elementarnych, z drugiej astrofizykę, czy nawet kosmologię).

2.    Termodynamika zajmuje się obiektami makroskopowymi i ogranicza swoje zainteresowanie do właściwości mechanicznych.

3.    Podstawowa różnica pomiędzy mechaniką i dynamiką z jednej strony, a termodynamiką z drugiej, leży w liczbie elementów składających się na badany układ. W tym pierwszym przypadku układ jest jedno- lub kilkuelementowy, w tym drugim, składa się z olbrzymiej, bo rzędu 10²³, liczby cząsteczek.

Jak to możliwe, że ten sam układ jest jednocześnie jedoodemeotowy i zawierający nieprawdopodobnie wielką liczbę składników?

Oczywiście prawdziwa jest liczba uświadamiana sobie przez termodynamikę Jednak dla niektórych właściwości ta astronomiczna liczba eł orientów składowych nie ma większego znaczenia i okład może być traktowany jako jedno- lub kikuełementowy. Na przykład jeśli jakiś przedmiot przemieszcza się w przestrzeni, ruch ten w jednakowym stopniu dotyczy wszystkich cząsteczek na ten przedmiot się składających, A zatem nie ma sensu brać pod uwagę subtelnej struktury obiektu. W praktyce przyjmujemy budowę ciała, jakby było jedną, gigantyczną makrocząsteczką Tak więc termodynamika zapewnia bardziej ścisłe podejście, ale jest sens je stosować jedynie do opisu tych właściwości, które bespokednio zależą od cząsteczkowej struktuy materii. Nie są nimi na przykład parametry ruchu składu jako całości

4.    Z czego wynikają właściwości termodynamiczne czyli makroskopowe? Oczywiście z rzeczywistej struktury materii, a więc bezpośrednio z właściwości cząsteczek, ich ruchów i wzajemnych oddziaływań. Zatem na podstawie opisu cząsteczkowego powinniśmy móc wyrazić właściwości makroskopowe. Jest to zagadnienie czysto mechaniczne, ale niezmiernie utrudnione z powodu złożoności i olbrzymiej liczby elementów składowych układu.

Formalnie rzecz biorąc, stan mechaniczny cząsteczki da się jednoznacznie przedstawić za pomocą jej trajektorii, tj. zależności położenia od czasu, rozumianej jako funkcja od czasu trzech współrzędnych położenia i prędkości (x,y,zi v_x,v_yv_z). Trajektoria taka wynika z rozwiązania równań Newtona, a więc do jej znalezienia potrzebna jest znajomość sity (trzy współrzędne) oraz warunki początkowe (położenie i prędkości - razem sześć wartości). Alternatywną formą równań Newtona są równania Hamiltona, w któych trajektoria ruchu wynika bezpośrednio z całkowitej energii układu, czyli jego hamiltonianu (H), będącego sumą energii potencjalnej U, zależnej od wektora położenia x i kinetycznej K, zależnej od wektora prędkości v.

H(v,x) = U(x) + K(v)

Równania Hamiltona mają następującą postać

&^ ₌ dx_L ®j__dp_L Ą>, dl dx_i dl

gdzie p, jest współrzędną pędu

1