Termodynamika
Termodynamika
Przemiany stanu gazu
Energia wewnętrzna U [J]
Energia wewnętrzna to suma wszystkich rodzajów energii, jakie posiadają wszystkie molekuły gazu łącznie. Z ruchem molekuł związana jest energia kinetyczna , a z ich oddziaływaniami na odległość związana jest energia potencjalna . Z powodu braku oddziaływań między drobinami gazu doskonałego energia wewnętrzna takiego gazu składa się tylko z energii kinetycznych wszystkich drobin gazu. Wzrost temperatury jest oznaką wzrostu średniej energii kinetycznej przypadającej na jedną drobinę i tym...
Praca W [J]
Praca to wielkość fizyczna. Gaz wykonuje pracę , gdy się rozszerza i przesuwa dzięki temu tłok cylindra, w którym się znajduje. Kiedy mamy do czynienia z sytuacją odwrotną, tzn. z taką, w której siła zewnętrzna przesuwa tłok ściskając gaz, to mówimy, że praca wykonywana jest nad gazem .
Ciepło Q [J]
Ciepło podobnie jak praca jest sposobem przekazywania energii. Jeżeli zetkniemy ze sobą dwa ciała o różnych temperaturach, to drobinom ciała o temperaturze niższej przekazywana będzie energia przez drobiny ciała o temperaturze wyższej. Proces ten będzie trwał aż do momentu osiągnięcia równowagi termodynamicznej przez oba ciała. Mówimy wtedy, że nastąpił przepływ ciepła. Proces ten może zachodzić nie tylko na skutek zetknięcia ciał. Energia cieplna może być też przekazywana poprzez emisję lub...
Entropia układu ciał
Entropia układu ciał jest sumą entropii wszystkich ciał należących do układu: S = S 1 + S 2 + ... + S n Zmiana entropii całego układu jest równa sumie zmian entropii poszczególnych ciał należących do układu.
Ciepło właściwe molowe
Ciepło właściwe molowe C to ilość ciepła niezbędna do zmiany temperatury jednego mola gazu o 1K (1K = 1°C). gdzie: Δ T – zmiana temperatury, Q – wartość wymienionego ciepła, n – liczba moli. Między ciepłem właściwym c w a ciepłem molowym C istnieje związek: cw ⋅ μ = C , gdzie μ to masa jednego mola gazu.
Pierwsza zasada termodynamiki
Zasada ta stwierdza, że energię wewnętrzną gazu można zmienić na dwa sposoby: 1. w wyniku przepływu ciepła Q , pomiędzy gazem, a jego otoczeniem, 2. na skutek pracy W , wykonanej przez gaz lub pracy wykonanej nad gazem. Zmiana energii wewnętrznej gazu ΔU jest równa sumie ciepła i pracy zgodnie ze wzorem: ΔU=Q+W . Gdy dostarczymy ciepło do gazu, to Q > 0 , a gdy gaz oddaje ciepło, to Q < 0 . Podobnie gdy praca jest wykonana nad gazem, to W > 0 , a jeśli gaz wykonuje pracę...
Stan równowagi termodynamicznej i zerowa zasada termodynamiki
Jeżeli dwa układy znajdują się w stanie równowagi termodynamicznej (cieplnej) z trzecim układem, to znajdują się także w stanie równowagi ze sobą.
Zmiany entropii
Zmiany entropii zachodzą np. podczas ogrzewania lub podczas zmiany stanu skupienia. Gdy ciało znajdujące się w temperaturze T przyjmie z otoczenia ciepło ΔQ , to jego entropia wzrośnie o: Gdy ciało się chłodzi, to jego entropia maleje zgodnie z tym samym wzorem. Zmiana entropii wyraża się poprzez energię przekazaną w postaci ciepła, a nie w postaci pracy. Tak więc sama praca nie zmienia entropii.
Stan równowagi termodynamicznej
Stan równowagi termodynamicznej to stan, w którym nie zachodzi wymiana energii między układem a otoczeniem. Dwa układy, które nie są od siebie cieplnie odizolowane, znajdują się w stanie równowagi termodynamicznej, jeżeli mają jednakową temperaturę.
Mol
Mol to ilość substancji posiadająca liczbę Avogadra drobin, czyli tyle, ile jest atomów w 12 gramach węgla 12 C. Jeśli N oznacza całkowitą liczbę drobin w gazie, to liczbę moli tego gazu obliczamy ze wzoru:
Gaz doskonały
Gaz doskonały to uproszczony model gazu rzeczywistego. Założenia modelu gazu doskonałego są następujące: Drobiny gazu poza zderzeniami nie oddziałują ze sobą. Pomiędzy zderzeniami cząsteczki poruszają się ruchem jednostajnym prostoliniowym. Zderzenia drobin są idealnie sprężyste. Drobiny gazu posiadają masę, lecz są pozbawione objętości, czyli traktujemy je jako punkty materialne. W rzeczywistości substancja, która spełniałaby te założenia nie istnieje, jednak w wielu...
Entropia
Entropia S jest funkcją stanu, która jest tym większa, im stan układu jest bardziej prawdopodobny (bardziej chaotyczny). Z kolei prawdopodobieństwo znalezienia się układu w danym stanie jest tym większe, im więcej jest możliwych sposobów, na które określony stan może być osiągnięty. Ponieważ stan o wysokim stopniu nieuporządkowania można uzyskać na dużo więcej różnych sposobów niż stan uporządkowany, to jest on bardziej prawdopodobny od stanu uporządkowanego. Entropia jest miarą...
Cykle termodynamiczne
Cykl termodynamiczny jest procesem, w którym gaz poddawany jest zbiorowi przemian gazowych, po których gaz zawsze wraca do tego samego stanu (tych samych wartości ciśnienia, objętości i temperatury, a co za tym idzie do tej samej energii wewnętrznej). W oparciu o cykle termodynamiczne działają silniki cieplne i chłodziarki. Ponieważ w całym cyklu ΔU = 0 , to Q+W=0 , a stąd Q= −W . Tutaj Q oznacza różnicę między ciepłem pobranym i oddanym do chłodnicy, zaś W to efektywna praca, która...
Procesy odwracalne i nieodwracalne
Proces jest odwracalny , jeśli gaz przechodzi przez te same stany pośrednie zarówno w jednym, jak i w drugim kierunku przebiegu procesu. Po powrocie gazu do stanu wyjściowego również otoczenie, z którym oddziaływał gaz, powraca do stanu początkowego. Proces nieodwracalny to proces, który tylko w jednym kierunku może zajść samoistnie (czyli bez ingerencji z zewnątrz). W kierunku przeciwnym zachodzi tylko w towarzystwie innego procesu dodatkowego. W przyrodzie wszystkie procesy, które...
Ciepło właściwe przy stałej objętości i przy stałym ciśnieniu
Ciepło właściwe c V , to ciepło właściwe wyznaczone przy stałej objętości gazu. Ciepło właściwe c p , to ciepło właściwe wyznaczone przy stałym ciśnieniu. Różnicę między nimi wyraża wzór:
Silniki cieplne
Gaz roboczy w silniku poddawany jest różnym przemianom, których celem jest przekształcenie energii cieplnej pochodzącej ze źródła ciepła w pracę mechaniczną.Tylko część pobranego ciepła może zostać zamieniona na pracę. Pozostała część oddawana jest do chłodnicy. Gdy T 1 oznacza temperaturę źródła ciepła, a T 2 temperaturę chłodnicy, to T 2 < T 1 .
Chłodziarki
Gaz roboczy w chłodziarce poddawany jest różnym przemianom,których celem jest transport ciepła od układu o temperaturze niższej do układu o temperaturze wyższej.Taki proces może być realizowany tylko dzięki wykonywanej nad gazem roboczym pracy. Skutkiem działania chłodziarki jest oziębienie jednego z układów do pożądanej przez nas temperatury.
Przemiany stanu gazu doskonałego
Przemiana izotermiczna charakteryzuje się tym, że T=const i ΔU = 0 . Na podstawie I zasady termodynamiki: Q+W=0 , czyli: Q= −W . Wniosek: W stałej temperaturze energia wewnętrzna gazu nie zmienia się. Z zasady termodynamiki wynika, że aby to było możliwe, całe dostarczone do gazu ciepło musi być zużyte przez gaz na wykonanie pracy podczas rozprężania się. Z kolei, jeśli gaz jest sprężany (praca jest wykonana nad gazem), to musi całą energię przekazaną mu w ten sposób oddać...
Pojęcie gazu doskonałego i równanie Clayperona
Stan fizyczny pewnej porcji gazu określają parametry stanu gazu , którymi są: ciśnienie – p [Pa] , temperatura – T [K] , oraz objętość – V [m 3 ] .
Pierwsza zasada termodynamiki
Pierwsza zasada termodynamiki to zasada zachowania energii w procesach termodynamicznych. Przedstawia ona związek między zmianą energii wewnętrznej gazu, a ciepłem wymienionym przez gaz z otoczeniem oraz pracą wykonaną przez gaz lub pracą wykonaną nad gazem.
Przemiana termodynamiczna
Przemiana termodynamiczna to proces, w którym przynajmniej jeden z parametrów stanu gazu ulega zmianie. Gaz przechodzi wtedy do innego stanu opisanego przez nowe parametry, które również muszą spełniać równanie Clapeyrona.
Druga zasada termodnamiki
Jest to zasada, która stwierdza, że w układzie izolowanym (czyli w takim, który w żaden sposób nie oddziałuje z otoczeniem) wszystkie procesy zachodzą w kierunku wzrostu entropii: S 2 > S 1 , ΔS = S 2 − S 1 ≥ 0, gdzie S 1 i S 2 to wartości entropii układu odpowiednio przed i po zajściu procesu. Oznacza to, że układ przechodzi od stanu mniej prawdopodobnego (uporządkowanego) do stanu bardziej prawdopodobnego (chaotycznego). Druga zasada termodynamiki może być także...
Sprawność silnika
Sprawność silnika η jest parametrem charakteryzującym dany silnik. Wyraża się ona wzorem: gdzie W – praca wykonana przez gaz roboczy, Q 1 – ciepło pobrane ze źródła. Oznaczając przez Q 2 ciepło oddane przez gaz do chłodnicy i korzystając z zasady zachowania energii możemy napisać: W = Q 1 − Q 2 . Zatem: W tym wzorze Q 2 oznacza bezwzględną wartość ciepła oddanego do chłodnicy. Dla silnika pracującego w cyklu Carnota można wykazać, że: gdzie T 1 i T 2 to...
Równanie Clapeyrona
Równanie to wiąże ze sobą parametry stanu dla n moli gazu doskonałego. Jest to równanie stanu gazu, które ma postać: Przykład: Oblicz temperaturę 1 mola tlenu wiedząc, że znajduje się on pod ciśnieniem atmosferycznym (1013 hPa) i zajmuje objętość 0,0224 m 3 . Rozwiązanie: Tlen w takich warunkach możemy traktować jako gaz doskonały. Korzystamy więc z równania Clapeyrona: pV = nRT , wypisujemy dane: n=1 mol, p=1013hPa = 1013⋅10 2 Pa, Przekształcamy równanie Clapeyrona: 1...
Wpływ właściwości wody termodynamicznej na organizmy żywe i klimat
1.Termodynamika to dział fizyki badający zjawiska związane z ciepłem, jego przemianami oraz sposobami przenoszenia. 2. Woda ?symbol chemiczny - H?O Woda jest dipolem, (czyli posiada ładunek dodatni i ujemny) Właściwości fizyczne wody ? ciecz...
Fizyka - pojęcia klasa II
KLASA II 0 zasada termod. - jeżeli pewne ciało A jest w równowadze termodynamicznej z ciałem C i równocześnie ciało B jest także w równowadze term. z ciałem C, to wówczas ciała A i B są w równowadze termodynamicznej ze sobą. I zasada...
Analiza energetyczna procesów cieplnych
1. Energia wewnętrzna ciała. Pierwsza zasada termodynamiki. Energia wewnętrzna ciała - to suma energii potencjalnych i kinetycznych wszystkich cząsteczek ciała. Temperatura ciała - jest miarą średniej energii jego cząstek. Całkowita...
Termodynamika - zasady, wzory, definicje
I Zasada Termodynamiki - zmiana energii wewnętrznej układu równa jest sumie ciepła dostarczonego do układu i pracy wykonanej nad układem. Zasada ta, równoważna zasadzie zachowania energii . II Zasada Termodynamiki a) Niemożliwy jest...
Termodynamika - ściaga
RÓW.CLAPEYRONA: WARTOŚĆ STAŁEJ DLA 1 MOLA GAZU DOSKONAŁEGO W WARUNKACH NORMALNYCH (p=101325pa,T=273K,V=0,022m3) WYNOSI R=8,134 J/K*mol PRAWO BOYLE’A-MANOTTE’A ILOCZYN CIŚNIENIA I OBJĘTOŚCI OKREŚLONEJ MASY GAZU ZNAJDUJĄCEJ SIĘ W STAŁEJ...
Sciaga - pole grawitacyjne itp.
Pole grawitacyjne to przestrzeń w której na umieszczone ciało działa siła grawitacji. Prawo powszechnego ciążenia Siła z jaką wzajemnie przyciiągają się 2 ciała jest wprost proporcjonalna do iloczynu masy tych ciał a odwrotnie proporcjonalna do...
Termodynamika
Termodynamika to dział fizyki badający zjawiska związane z ciepłem, jego przemianami i sposobami przenoszenia. Efekty cieplne towarzyszą wielu procesom, spotykamy je nie tylko w różnych systemach ogrzewania, ale i w silnikach i maszynach...
Energia - jej rodzaje i przemiany
Tematyka tego referatu jest bardzo szeroka. Można do niej podejść, w zależności od potrzeb, z punktu widzenia wielu różnych przedmiotów. Energią interesuje się zarówno ochrona środowiska, gospodarka, jak i astronomia i fizyka. Można rozpatrywać...
Fizyka na maturę pisemną, cały zakres liceum - ściąga
Ściąga na maturę pisemną z fizyki. Wszystko dokładnie opracowane, razem z bardzo czytelnymi wzorami :)
Skale temperaturowe
Co to jest temperatura? Temperatura jest to skalarna wielkość fizyczna, charakteryzująca stan równowagi termodynamicznej układu makroskopowego. Zgodnie z zerową zasadą termodynamiki, każdemu stanowi równowagi układu fizycznego można...
Energia wewnetrzna i jej przenoszenie
Energia wewnętrzna - definicja Energią wewnętrzną nazywamy wielkość charakteryzującą stan danego ciała lub układu ciał, która jest równa sumie wszystkich rodzajów energii cząsteczek i atomów, które tworzą ten układ. Każdy atom, czy cząsteczka...