BIOFIZIKA TERMO-FIZIKA

Transcript

1 BIOFIZIKA TERMO-FIZIKA Akademik, prof. dr Jovan P. Šetrajčić Univerzitet u Novom Sadu Departman za fiziku PMF Powered byl A T E X 2ε! p. /

2 p. 2/ Termika FENOMENOLOŠKA TEORIJA stanja sistema velikog broja čestica parametri stanja: pritisak, zapremina, temperatura,... Temperatura stepen zagrejanosti termička ravnoteža i smer toplotne razmene t 0 = 0 [ C] t = 00 [ C] T 0 = 273,5 [K] T = 373,5 [K] T [K] = t[ C]

3 p. 3/ Termika ZAGREVANJE I HLA-DENJE TELA zagrevanjem linearno širenje tela V = V 0 ( + γt) hlad enjem obrnuto TERMOREGULACIJA I I m TERMOVIZIJA temperatura boja 0 m

4 p. 4/ Termika Idealan gas molekuli su bezdimenzione loptice zauzimaju ceo sud izmed u sebe ne interaguju udari molekula o zidove suda su apsolutno elastični. Pritisak p = n 0 k B T, k B =, J K Daltonov zakon p = N p i, Avogadrov zakon mol bilo koje supstancije sadrži isti Avogadrov broj jedinki (molekula, atoma i/ili jona): N A = 6, [mol ] i= Molska zapremina: V 0 = 22, 4 [ ] l mol

5 p. 5/ Termika Gasni zakoni Parametri gasnog stanja id. gasova: p, V, T, m Bojl-Mariotov zakon: (m = const i T = const) p V = const izotermski procesi Gej Lisakov zakon (m = const i p = const) V T = const ili V = V 0 ( + α t [ C]) izobarski procesi p 0 V 0 V T= const T < T 2 p= const p < p 2 V t

6 p. 6/ Termika Gasni zakoni Šarlov zakon: (m = const i V = const) p T = const ili p = p 0 ( + α t [ C]) izohorski procesi p 0 p 0 2 V= const V < V 2 t KLAPEJRONOVA JEDNAČINA: Jednačina stanja idealnog gasa pv = nrt R k B N A = 8, 3 J mol K ; gasni procesi n = m M

7 p. 7/ Termika Prenos toplote Provod enje: Strujanje: Zračenje: dq dt = λs dt dx, dq = hs T dt dq dt = σ S T 4 T Q = λs t x

8 p. 7/ Termika Prenos toplote Provod enje: Strujanje: Zračenje: Difuzija dq dt = λs dt dx, dq = hs T dt dq dt = σ S T 4 Slobodna difuzija Fikov zakon: T Q = λs t x Φ dm dt Kroz membranu: ϕ dφ ds Osmoza: difuzija rastvarača kroz membranu usled razlike u hem. potencijalima = D S dc dx = αd β S dc dx K p C

9 p. 8/ Energije molekulskog kretanja Srednja kinetička energija molekula: ε = i 2 k B T Unutrašnja energija: U = i 2 nrt Količina toplote razmenjena energija

10 p. 8/ Energije molekulskog kretanja Srednja kinetička energija molekula: ε = i 2 k B T Unutrašnja energija: U = i 2 nrt Količina toplote razmenjena energija Prvi princip termodinamike dq = d U +da promena un.energije rad sistema d U = nc V dt da = pdv

11 p. 9/ Adijabatski procesi p Poasonova jednačina: pv κ = const κ = C p = i + 2 C V i > adijabata izoterma Entropija: S = Q T mera je neured enosti sistema: S = k B lnw adijabatski procesi su IZOENTROPIJSKI: S = const 0 V

12 p. 0/ Rad gasa A = GASNI PROCESI V 2 V pdv izohorski A = 0, V = const izobarski A = p(v 2 V ) nr(t 2 T ) izotermski A = nrt ln V 2 V nrt ln p p 2 adijabatski A = nc V (T T 2 )

13 p. / Kružni proces direktan (a): A u = A 2 + A 2 A > 0 inverzan ili obrnut (b): A < 0 p (a) p (b) A > 0 A < V 0 V

14 p. 2/ Termodinamički procesi povratan ili reverzibilan: direktan + obrnut => početak nepovratan ili ireverzibilan: disipacija (rasipanje) energije T >T 2 T Q Q TOPLOTNA MASINA A RASHLADNA MASINA A Q 2 Q 2 T <T 2 T 2

15 p. 3/ Koeficijent korisnog dejstva p Q η = A Q = Q Q 2 Q = Q 2 Q A Kružni TD ciklus 2 Q 2 0 p V Q Karnoov ciklus η = T T 2 T = T 2 T T 2 4 Q 2 T V

16 p. 4/ PROMENA ENTROPIJE povratni procesi: S = 0 nepovratni procesi: S > 0 Klauziusova nejednakost: S 0

17 p. 4/ PROMENA ENTROPIJE S = S S 2 = povratni procesi: S = 0 2 dq T 2 du + da T nepovratni procesi: S > 0 Klauziusova nejednakost: S 0

18 p. 4/ PROMENA ENTROPIJE S = S S 2 = povratni procesi: S = 0 2 dq T 2 du + da T nepovratni procesi: S > 0 Klauziusova nejednakost: S 0 PRINCIP PORASTA ENTROPIJE Svi procesi u zatvorenom TD sistemu vode povećanju njegove entropije, tj. oni vode sistem iz manje verovatnih stanja ka verovatnijim. Ravnotežno TD stanje ima najveću verovatnoću, najveću entropiju i to je najneured enije stanje!.

19 p. 5/ Drugi princip termodinamike definiše smer odvijanja TD procesa, u skladu sa principom porasta S: Nemoguć je kružni TD ciklus kod koga se sva toplota od grejača pretvara samo u rad Nemoguć je kružni TD ciklus kod koga se predaja toplote vrši od hladnijeg ka toplijem telu

20 p. 5/ Drugi princip termodinamike definiše smer odvijanja TD procesa, u skladu sa principom porasta S: Nemoguć je kružni TD ciklus kod koga se sva toplota od grejača pretvara samo u rad Nemoguć je kružni TD ciklus kod koga se predaja toplote vrši od hladnijeg ka toplijem telu Treći princip termodinamike U svakom TD sistemu na apsolutnoj nuli entropija sistema jednaka je nuli: lim S = 0 ili S T 0 T=0 = 0

21 p. 6/ Promena agregatnih stanja TEČNOSTI isparavaju, tj. ključaju očvršćavaju ČVRSTA se tope sublimiraju GASOVI kondenzuju (sublimiraju) G A S ISPARAVANJE KONDENZOVANJE TECNOST TOPLJENJE OCVRSCAVANJE C V R S T O S U B L I M A C I J A

22 p. 7/ Fazni prelazi p KT CVRSTO TECNOST T TOPLJENJE T SUBLIMACIJA KS OCVRSCAVANJE KLJUCANJE KONDENZOVANJE G A S K KK T t CVRSTO TOPLJENJE OCVRSCAVANJE TECNOST 0 T Q