3784494932

2. Podstawowe pojęcia i zerowa zasada termodynamiki

gramom wody. W ogólności masa 1 mola czystej substancji, wyrażona w gramach, jest równa liczbie określającej jej masę cząsteczkową. Jak widać, w niewielkiej wagowo ilości materii znajduje się astronomiczna liczba atomów. Jeden mol powietrza (mieszaniny azotu, tlenu i dwutlenku węgla) pod ciśnieniem jednej atmosfery i w temperaturze 0° C (tzw. warunki normalne) zajmuje objętość 22,415 litra czyli około 20 000 cm³ (1 litr=1000 cm³). W przestrzeni kosmicznej na 1 cm³ przypada średnio jeden atom wodoru. Łatwo obliczyć objętość zajmowaną przez 1 mol w takich warunkach (około 600 000 000 kilometrów sześciennych). Liczba Avogadro została wyznaczona dość dokładnie na podstawie wyników doświadczeń Perrina związanych z sedymentacją, czyli osadzaniem się koloidów w wodzie pod wpływem grawitacji, a jej wyznaczenie było jednym z eksperymentów potwierdzających atomistyczną teorię budowy materii. Warto dodać, że teoria sedymentacji koloidów opiera się na pracach teoretycznych Einsteina i Smoluchowskiego poświęconych wyjaśnieniu ruchów Browna (chaotycznego ruchu cząstek koloidalnych w roztworach).

W termodynamice podstawowym pojęciem jest pojęcie równowagi termodynamicznej. Stanem równowagi termodynamicznej nazywamy stan układu, którego parametry nie zależą od czasu (stan stacjonarny), i w którym nie występują makroskopowe przepływy. Zauważmy, że stan stacjonarny nie musi być stanem równowagi, jeśli w układzie występuje przepływ (stały) ciepła lub materii. Na przykład, jeśli na końcach metalowego drutu będziemy utrzymywali stałe temperatury, różne na każdym z nich, to przez drut będzie płynąć ciepło, ale rozkład temperatury wzdłuż drutu będzie stały, niezależny od czasu. Jest to stan stacjonarny, ale nie jest to stan równowagi termodynamicznej (rys. 2.1 i 2.2).

Układem nazywamy wyodrębnioną część otaczającego nas świata (rys. 2.3). Pozostałą część będziemy nazywać otoczeniem. Zarówno pojęcie otoczenia, jak i układu, będzie się przewijało przy omawianiu wszystkich zjawisk opisywanych metodami termodynamiki. Mówimy, że otoczenie oddziałuje z układem, jeśli zmiany w otoczeniu powodują mierzalne zmiany w układzie.