Termodynamika Gazy Każdy z nas, już od najmłodszych lat, zna pojęcie ciepła i stosuje je często w życiu codziennym. Mówimy, że w zimie jest zimno, a w lecie ciepło, albo woda jest lodowata, albo gorąca itd. Ale opis ciepła opisywany przez nas ma bardzo subiektywny charakter. Bowiem może się zdarzyć, że komuś jest dzisiaj zimno i ubrał trzy swetry, a innemu gorąco i chodzi w koszuli z krótkim rękawem. Jest to ich subiektywne wrażenie, czy dzień jest ciepły, czy zimny. Fizyka jest nauką ścisłą i nie można stosować subiektywnych odczuć do prowadzenia badań. Dlatego też zaszła potrzeba by sprawę ciepła uogólnić i uniezależnić od zmysłów ludzkich. Do tego celu powstał termometr, który mierzy temperaturę i jest niezależny od tego, co czuje człowiek. Termometr mierzy temperaturę i pokazuje wynik w postaci liczbowej. Liczby te nazywamy stopniami, które są wyrażone w odpowiedniej skali. Wyróżniamy trzy najpopularniejsze skale: Celsjusza, Fahrenheita, i Kelvina. Ta ostatnia jest uznana za obowiązującą skalę w układzie jednostek SI, czyli używając tej skali prowadzimy większość obliczeń. Skale termometryczne można przeliczać według wzorów: gdzie: T - temperatura w skali Kelwina t - temperatura w skali Celsjusza - temperatura w skali Fahrenheita lub stosując wykres skali jak poniżej: Więc wiemy, że za pomocą termometru możemy zmierzyć temperaturę jakiegoś ciała. I to jest prawdą. Ale jeżeli włożymy termometr do gorącej wody i po chwili wskazanie ustali się na jakiejś temperaturze, to czy termometr wskazał temperaturę wody? Wydaje się, że tak. Ale jednak nie do końca. Otóż termometr nie pokazuje temperatury (w naszym przykładzie) wody. Bo jeżeli termometr wyciągniemy za wcześnie, to wskazana temperatura będzie mniejsza od temperatury wody. Ale mimo wszystko termometr coś wskazał. Bowiem wartość temperatury pokazanej przez termometr to temperatura... termometru. Łatwo zauważyć, że dwa stykające się ciała dążą do wyrównania swoich temperatur. Więc termometr włożony do wody, ogrzewa się. Po jakimś czasie ma taką samą temperaturę jak woda, więc wskazana przez niego wartość temperatury będzie temperaturą wody. Mówimy wówczas, że termometr i woda znajdują się w równowadze termicznej. Termometr możemy wykorzystać do sprawdzania czy dwa ciała są w równowadze termicznej. Jak to zrobić mówi zerowa zasada termodynamiki. Jeżeli ciało A jest w równowadze termicznej z ciałem C i ciało B jest w równowadze termicznej z ciałem C to oba ciała A i B są w równowadze termicznej. Termometr może być tym ciałem C. Wówczas mierzymy temperaturę ciała A, a następnie mierzymy temperaturę ciała B. Z równowagą termiczną mamy do czynienia, jeżeli temperatury tych ciał są takie same. Pierwsza zasada termodynamiki
Kiedy mówiliśmy o pracy i energii ciał, to pojawił się temat zasady zachowania energii. Pomyślmy chwilę nad pewnym przykładem. Jeżeli mamy klocek o masie m poruszający się z prędkością V, a tarcie między klockiem a podłożem wynosi T. Jeżeli chcemy, by klocek ten poruszał się ze stałą prędkością to musimy działać na niego siłą F taką, że F=T i zwrot wektora siły F jest zgodny ze zwrotem prędkości klocka. Wówczas energia kinetyczna klocka wynosi:
(…)
… gazu poniżej wartości krytycznej. Entropia. III zasada termodynamiki Entropia to termodynamiczna funkcja stanu będąca miarą nieuporządkowania układów, a więc także całego wszechświata. Całkowita entropia układu jest równa: k - stała Boltzmanna p - prawdopodobieństwo, że układ znajduje się w danym stanie Funkcja stanu to funkcja zależna tylko od stanu układu. Nie zależy zatem od jego historii. Zmiana funkcji stanu zależy tylko od stanu początkowego i końcowego, a nie od rodzaju przemiany (równowagowej czy też nie), która do tej zmiany doprowadziła. Kryształ doskonały to wyidealizowany dla celów obliczeń termodynamicznych model rzeczywistych kryształów. Kryształ doskonały spełnia następujące warunki: Nie ma w nim żadnych niedoskonałości siatki krystalicznej Nie jest zanieczyszczony żadnymi…
… sprężania - powrót do takiego stanu gazu, jaki był przed rozpoczęciem cyklu. Substancją roboczą jest gaz doskonały. Pierwsza przemiana to izotermiczne rozprężanie. Podczas tej przemiany dostarczamy ciepła do układu (oznaczmy ilość dostarczonego ciepła przez Q1). Miarą energii wewnętrznej gazu jest temperatura. Podczas przemiany izotermicznej temperatura gazu nie zmienia się. Oznacza to, że całe ciepło…
… dla wszystkich gazów. Zatem dla jednego mola gazu prawdziwe jest równanie: I równanie to nazywamy równaniem Clapeyrona. Jest ono słuszne tylko dla jednego mola gazu. Ale w łatwy sposób możemy je dostosować do dowolnej ilości gazu. Równanie Clapeyrona dla n moli gazu ma postać: Przemiana izotermiczna
Wiemy, że mając pewien gaz zamknięty w jakimś naczyniu (najlepiej w tłoku) możemy zmieniać parametry stanu tego gazu…
…, że temperatura zera bezwzględnego (0°K) jest nieosiągalna w przyrodzie. Przemiana adiabatyczna
Przemianą adiabatyczną, nazywamy dowolną przemianę stałej masy gazu, która zachodzi bez wymiany ciepła z otoczeniem. Wszystkie parametry się wówczas zmieniają. Przemiana ta może wystąpić, gdy: gaz jest w odizolowanym naczyniu zostanie przeprowadzona w bardzo szybkim tempie PRAWO POISSONA - wykładnik adiabaty…
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)