E π A π π ª π º ÛÈÎÔ ËÌÂ. TfiÌÔ ' Ù ÙÈÛÙÈÎ ÂÚÌÔ Ó ÌÈÎ BÏ ÛË M Ú ÓÙ

Transcript

1 E π A π π ª π º ÛÈÎÔ ËÌÂ TfiÌÔ ' BÏ ÛË M Ú ÓÙ Ù ÙÈÛÙÈÎ ÂÚÌÔ Ó ÌÈÎ

2 ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Σχολή Θετικών Επιστηµών και Τεχνολογίας Πρόγραµµα Σπουδών ΣΠOY EΣ ΣTIΣ ΦYΣIKEΣ EΠIΣTHMEΣ Θεµατική Ενότητα ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΕΙΑ Τόµος ' Στατιστική Θερµοδυναµική BΛAΣHΣ MAYPANTZAΣ Eρευνητής Γ', EIXHMYΘ / ITE ΠATPA 2001

3 ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Σχολή Θετικών Επιστηµών και Τεχνολογίας Πρόγραµµα Σπουδών ΣΠOY EΣ ΣTIΣ ΦYΣIKEΣ EΠIΣTHMEΣ Θεµατική Ενότητα ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΕΙΑ Τόµος ' Στατιστική Θερµοδυναµική Συγγραφή BΛAΣHΣ MAYPANTZAΣ Eρευνητής Γ', EIXHMYΘ / ITE Κριτική Ανάγνωση ΘΕΟ ΩΡΟΣ ΘΕΟ ΩΡΟΥ Kαθηγητής Tµήµατος Xηµικών Mηχανικών Πανεπιστηµίου Πατρών Ακαδηµαϊκός Υπεύθυνος για την επιστηµονική επιµέλεια του τόµου ΓEΩPΓIOΣ KAPAΪΣKAKHΣ Καθηγητής Tµήµατος Xηµείας Πανεπιστηµίου Πατρών Επιµέλεια στη µέθοδο της εκπαίδευσης από απόσταση EΙΡΗΝΗ ΓΕΩΡΓΙΑ Η Γλωσσική Επιµέλεια MΙΡΑΝΤΑ MΕΘΕΝΙΤΗ EΛΕΝΗ ΓΑΒΑΛΑ Τεχνική Επιµέλεια ΕΣΠΙ ΕΚ ΟΤΙΚΗ Ε.Π.Ε. Καλλιτεχνική Επιµέλεια Σελιδοποίηση TYPORAMA Συντονισµός ανάπτυξης εκπαιδευτικού υλικού και γενική επιµέλεια των εκδόσεων ΟΜΑ Α ΕΚΤΕΛΕΣΗΣ ΕΡΓΟΥ ΕΑΠ / ISBN: Kωδικός Έκδοσης: ΦYE 22/4 Copyright 2000 για την Ελλάδα και όλο τον κόσµο ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Οδός Παπαφλέσσα & Υψηλάντη, Πάτρα Τηλ: (0610) , Φαξ: (0610) Σύµφωνα µε το Ν. 2121/1993, απαγορεύεται η συνολική ή αποσπασµατική αναδηµοσίευση του βιβλίου αυτού ή η αναπαραγωγή του µε οποιοδήποτε µέσο χωρίς την άδεια του εκδότη.

4 ÂÚÈ fiìâó K º π 1 EÈÛ ÁˆÁ ÛÙË Ù ÙÈÛÙÈÎ ÂÚÌÔ Ó ÌÈÎ Eισαγωγικές παρατηρήσεις Σκοπός της Στατιστικής Θερµοδυναµικής Σύνοψη ενότητας Bασικές έννοιες Mικροκατάσταση και µακροκατάσταση Mικροσκοπικοί και µακροσκοπικοί βαθµοί ελευθερίας Προσδιορισµός της κατάστασης ενός συστήµατος Στατιστικό σύνολο Πληθυσµός κατάστασης στατιστικού συνόλου Aρχή της ισοδυναµίας των προσιτών καταστάσεων Σύνοψη ενότητας Θερµοδυναµική ισορροπία Θεµελιώδεις προτάσεις Aποµονωµένο σύστηµα σε κατάσταση θερµοδυναµικής ισορροπίας Aποµονωµένο σύστηµα µακριά από την κατάσταση θερµοδυναµικής ισορροπίας Σύνοψη ενότητας Bιβλιογραφία Bιβλιογραφικός οδηγός για περαιτέρω µελέτη Bιογραφικές Aναφορές K º π 2 K Ù ÓÔÌ MÔÚÈ ÎÒÓ K Ù ÛÙ ÛÂˆÓ K ÓÔÓÈÎfi Ù ÙÈÛÙÈÎfi ÓÔÏÔ Στόχος, Προσδοκώµενα αποτελέσµατα, Έννοιες κλειδιά Eισαγωγικές παρατηρήσεις Στατιστικό σύνολο Στιγµιαία απεικόνιση στατιστικού συνόλου Mέση τιµή ιδιότητας στο στατιστικό σύνολο Στατιστικό βάρος κατανοµής Kατανοµή πληθυσµών... 43

5 6 π 𠃪 À ªπ Πιο πιθανή κατανοµή Kατανοµή Boltzmann Kανονικό άθροισµα καταστάσεων Mια φυσική ερµηνεία του αθροίσµατος καταστάσεων Eφαρµογή στη µεταφορική κίνηση σωµατιδίου σε δοχείο Tο θερµικό µήκος κύµατος Σύνοψη Aσκήσεις για περαιτέρω µελέτη Bιβλιογραφία Bιβλιογραφικός οδηγός για περαιτέρω µελέτη Bιογραφικές Aναφορές K º π 3 K ÓÔÓÈÎfi Ù ÙÈÛÙÈÎfi ÓÔÏÔ ÂÌÂÏÈÒ ÂÈ EÍÈÛÒÛÂÈ Eισαγωγικές παρατηρήσεις Θερµοδυναµικές συναρτήσεις και άθροισµα καταστάσεων H εσωτερική ενέργεια H ελεύθερη ενέργεια Helmholtz H στατιστική εντροπία H καταστατική εξίσωση ιακυµάνσεις Eργοδική υπόθεση Παραδείγµατα από µοριακές προσοµοιώσεις Σύνοψη Aσκήσεις για περαιτέρω µελέτη Bιβλιογραφία K º π 4 K ÓÔÓÈÎfi Ù ÙÈÛÙÈÎfi ÓÔÏÔ EÊ ÚÌÔÁ Eισαγωγικές παρατηρήσεις Tο µοριακό άθροισµα καταστάσεων και οι συνιστώσες του H µεταφορική συνεισφορά στο µοριακό άθροισµα καταστάσεων H περιστροφική συνεισφορά στο µοριακό άθροισµα καταστάσεων... 87

6 EPIEXOMENA H δονητική συνεισφορά στο µοριακό άθροισµα καταστάσεων H ηλεκτρονική συνεισφορά στο µοριακό άθροισµα καταστάσεων Tο συνολικό µοριακό άθροισµα καταστάσεων Eιδικές θερµότητες και οι συνιστώσες τους Mεταφορική συνεισφορά στη θερµοχωρητικότητα Περιστροφική συνεισφορά στη θερµοχωρητικότητα ονητική συνεισφορά στη θερµοχωρητικότητα Hλεκτρονιακή συνεισφορά στη θερµοχωρητικότητα Tρίτος θερµοδυναµικός νόµος Yπολειπόµενες εντροπίες Σύνοψη Aσκήσεις για περαιτέρω µελέτη Bιβλιογραφία K º π 5 K ÓÔÓÈÎfi Ù ÙÈÛÙÈÎfi ÓÔÏÔ KÏ ÛÈÎ Ù ÙÈÛÙÈÎ MË ÓÈÎ Eισαγωγικές παρατηρήσεις Eισαγωγή στην Kλασική Mηχανική Hµικλασικό άθροισµα καταστάσεων Oλοκλήρωµα απεικονίσεων Kαταστατική εξίσωση Iδανικό αέριο Mη ιδανικό αέριο σε χαµηλές πιέσεις και εξίσωση virial H συνάρτηση κατανοµής ζευγών: παραδείγµατα από µοριακές προσοµοιώσεις Θεωρία αντίστοιχων καταστάσεων Mακροσκοπική θεωρία αντίστοιχων καταστάσεων Mοριακή θεωρία αντίστοιχων καταστάσεων Σύνοψη Aσκήσεις για περαιτέρω µελέτη Bιβλιογραφία Bιογραφικές Aναφορές

7 8 π 𠃪 À ªπ K º π 6 XËÌÈÎ AÓÙÈ Ú ÛÂÈ Ù ıâú IÛÔÚÚÔapple Eισαγωγικές παρατηρήσεις Σταθερές χηµικής ισορροπίας Σταθερή ισορροπίας αντίδρασης διάσπασης Σύνοψη Aσκήσεις για περαιτέρω µελέτη Bιβλιογραφία K º π 7 KÈÓËÙÈÎ ÂˆÚ ÙˆÓ AÂÚ ˆÓ Eισαγωγικές παρατηρήσεις Mοριακές ταχύτητες σ' ένα αέριο Mοριακές κινητικές ενέργειες σ' ένα αέριο Σύνοψη ενοτήτων Mοριακή κίνηση και πίεση Oι παραδοχές της κινητικής θεωρίας Eξαγωγή των εξισώσεων της κινητικής θεωρίας Iδιότητες µεταφοράς ιάχυση Θερµική αγωγιµότητα Συντελεστής ιξώδους Yπολογισµός αδιάστατων λόγων των συντελεστών µεταφοράς Σύνοψη ενοτήτων Aσκήσεις για περαιτέρω µελέτη Bιβλιογραφία Bιογραφικές Aναφορές Aπαντήσεις Aσκήσεων Aυτοαξιολόγησης Aπαντήσεις ραστηριοτήτων Aπαντήσεις Aσκήσεων για περαιτέρω µελέτη