Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

2. A termodinamika főtételei 3. Az ideális gáz. Állapotváltozások.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "2. A termodinamika főtételei 3. Az ideális gáz. Állapotváltozások."— Előadás másolata:

1 2. A termodinamika főtételei 3. Az ideális gáz. Állapotváltozások

2 Főtételek és kapcsolódó fogalmak

3 Közös jellemzők  Eredetük: megfigyelés, mérés, következetés  Matematikai úton nem bizonyíthatók  Egymásból nem levezethetők  Érvényességük térben és időben nem korlátlan

4 A termodinamika főtételei:  0. főtétel: egyensúly  I. főtétel: energiamegmaradás  II. főtétel: megfordíthatóság/átalakíthatóság  III. főtétel: elérhetetlenség

5 A felfedezés útja 1., az „angol út” J AMES P RESCOTT J OULE ( ) mérések  munka-hő egyenérték „Abban a hitben, hogy a pusztítás ereje egyedül a Teremtő birtoka, teljességgel egyetértek Roget-val és Faraday-jel azon véleményüket illetően, hogy bármely elmélet, amely a gyakorlatba ültetve az erő megsemmisítését kívánja meg, szükségszerűen téves.”

6 2. a „francia út” (racionális mérnöki iskola) a legjobb gép (hőerőgép) keresése N ICOLAS C ARNOT és fia N ICOLAS L ÉONARD S ADI C ARNOT ( ) a hő-munka átalakítást vizsgálták  második főtétel G USTAVE C ORIOLIS munka fogalom, munka és mozgási energia kapcs.

7 3., a „német út”, a „metafizikai út” élő szervezetek vizsgálata J ULIUS R OBERT VON M AYER ( ) (eredetileg orvos, az is maradt) H ERMANN L. F. H ELMHOLTZ ( ) (eredetileg orvos, később fizikus)

8 Robert Mayer: „1840 nyarán a Jáva szigetére újonnan megérkezett európaiakon végrehajtott érvágásoknál azt tapasztaltam, hogy a kar vénájából eresztett vérnek majdnem kivétel nélkül föltűnően vörös színe volt. Ez a jelenség magára vonta teljes figyelmemet. Kiindulván a Lavoisier égés-elméletéből, mely az állati hőt égésfolyamatnak tulajdonítja, azt a kettős színváltozást, melyet a vér a kicsiny és a nagy körfutás hajszáledényeiben szenved, úgy tekintettem, mint a vérrel végbemenő oxidácziónak érzékileg észrevehető jelét, látható reflexusát. Az emberi test állandó mérsékletének megtartására kell, hogy annak hőfejlesztése a hő veszteségével, tehát a környező médium mérsékletével is szükségképen bizonyos értékviszonyban álljon s ennélfogva kell, hogy mind a hőtermelés és az oxidáczió- folyamat, mind pedig mind a két vérnemnek színkülönbsége a forró égöv alatt egészben véve kisebb legyen mint a hidegebb vidékeken.”

9 Robert Mayer, 1842: „ Az erők okok, és így azokra teljes mértékben alkalmazható az alaptétel: causa aequat effectum. Ha a c ok okozata e, akkor c = e; ha e ismét az oka egy másik f okozatnak, akkor e = f stb. c = e = f... = c. Az okok és okozatok egy láncolatában, mint ahogy az egy egyenlet természetéből következik, sohasem válhat egy tag vagy egy tag egy része nullává. Minden ok első tulajdonsága tehát az elpusztíthatatlansága. Ha az adott c ok létrehozta a vele egyenlő e hatást, ezzel c egyúttal megszűnt létezni; c tehát e-vé vált. Ha e létrehozása után c egészen vagy részben még megmaradt volna, úgy ezen visszamaradó oknak további okozat kellene hogy megfeleljen; c okozata tehát e kellene hogy legyen ellentétben c = e feltevésünkkel. Így, minthogy c e-be, e f-be stb. megy át, ezeket a mennyiségeket egy és ugyanazon objektum különböző megjelenési formáinak kell tekintenünk. Az a képesség, hogy különböző formákat tud felvenni, a másik lényeges tulajdonsága minden oknak. A két tulajdonságot összefoglalva mondhatjuk: az okok kvantitatíve elpusztíthatatlanok és kvalitatíve változékony objektumok.” Az erő (energia): elpusztíthatalan és változékony (átalakítható).

10  Energia fogalma (E, energy)  belső energia (ἐνέργεια=aktivitás), U  entalpia (ἔνθαλπος=hőtartalom), H  Munka fogalma (W, work)  transzportmennyiség, útfüggő  nem állapotjelző, hanem folyamatjellemző  rendszerfüggő: nyitott  technikai, zárt  fizikai  Hő fogalma (Q, caloricum)  transzportmennyiség, útfüggő  nem állapotjelző, hanem folyamatjellemző  termikus kölcsönhatás

11  Az I. főtétel zárt, nyugvó rendszerre: ΔU=Q+W fiz  Az I. főtétel nyitott, nyugvó rendszerre: ΔH=Q+W tech  Mozgó rendszer, teljes energia zárt: E tot =U+E kin +E pot nyitott: E tot =H+E kin +E pot

12  Belső energia és entalpia  Fizikai és technikai munka figyeljük a táblát!

13  Tapasztalati megfigyelés: a magától hő csak a melegebb helyről a hidegebb hely felé áramlik  N. S. C ARNOT : hőáramlás és gőzgépek (idézet)  kiterjesztés: megfordíthatóság, reverzibilitás  jellemző mennyiség: entrópia (εντροπία=belső változás), S  következmény: munka és hő NEM egyenértékű

14  Az entrópia definíciója: a termikus kölcsönhatás extenzív paramétere  Az entrópia forrásegyenlete:

15 Folyamatok az entrópiaváltozás tükrében Vizsgálandó:  transzportált entrópia: rendszer, környezet  produkált: rendszer ΔS össz = ΔS R +ΔS körny Rendszer és környezet együttes entrópiaváltozása:  >0: valós, irreverzibilis folyamat  =0: reverzibilis (valóságban nem létező) folyamat  <0: kizárt (nem elképzelhető!!)

16 A termodinamikai egyensúly:  makroszkopikusan változatlan (nyugvó) rendszer  intenzív állapotjelzők homogén eloszlásúak Kölcsönható rendszerek egyensúlya  intenzív áh-k azonossága és  falak átjárhatósága A RNOLD S OMMERFELD (1868–1951) 1951: „A hőmérséklet egyenlősége feltétele két rendszer vagy egy rendszer két része közötti termikus egyensúlynak”

17  Az egyensúly tulajdonsága  Szimmetrikus („A=B” akkor „B=A”)  Tranzitív („A=B” és „B=C” akkor „A=C”)  Az egyensúly stabilitása  semleges (neutrális)  stabil  metastabil (http://www.youtube.com/watch?v=0JtBZGXd5zo)  labilis

18  0. főtétel: bevezeti a hőmérsékletet  II. főtétel: skálát (abszolút) rendel hozzá  III. főtétel: megadja az absz. skála 0 pontját

19  Az „elérhetetlenség”  Walther Nernst ( ), kémiai Nobel-díj: 1920  Nem lehetséges egy rendszer hőmér- sékletét véges sok lépésben 0 K-re csökkenteni. (1912)  A rendszer entrópiája konstans értékhez tart, ha a hőmérséklete a 0 K-hez közelít.  maradvány vagy konfigurációs entrópia

20 Az ideális gáz modellje és állapotegyenlete Az ideális gáz állapotváltozásai

21  Fizikai modell  kiterjedés nélküli tömegpontok  tömegpontok között nincs kölcsönhatás  fal és tömegpont között rugalmas ütközés (  nyomás)  Matematikai modell:  állapotegyenlet f(p,V,T,m)=0 pV-mRT=0 pV=mRT pv=RT  kalorikus állapotfüggvény H=f(T,N) és U=f(T,N)

22  Az ideális gáz anyagjellemzői:  M: moláris tömeg  fajhő (fajlagos hőkapacitás): ▪ izobár: c p és izochor c V  ϰ : adiabatikus kitevő (fajhőviszony)  R: specifikus gázállandó

23  Egyszerű állapotváltozások munka és hőforgalma  Entrópia függvénye, T-s diagramja  Hőmérsékleti skálája figyeljük a táblát!


Letölteni ppt "2. A termodinamika főtételei 3. Az ideális gáz. Állapotváltozások."

Hasonló előadás


Google Hirdetések