Закони термодинамике

Transcript

1 Закони термодинамике

2 Први закон термодинамике Први закон термодинамике каже да додавање енергије систему може бити утрошено на: Вршење рада Повећање унутрашње енергије Први закон термодинамике је заправо закон очувања енергије

3 Други закон термодинамике Ограничава први закон Неки процеси су дозвољени по првом закону термодинамике, али нису дозвољени по другом Пример: Прелаз енергије са хладнијег на топлије тело је дозвољен по првом закону термодинамике, али није по другом.

4 Први закон термодинамике Закон очувања енергије Повезује трансфер енергије (топлоту саопштену систему) са променом унутрашње енергије и радом Примењив за све типове процеса Успоставља везу између микроскопског и макроскопског света

5 Први закон, једначина Ако систем врши прелаз из почетног у крајње стање, онда Q= ΔU + W Q је енергија трансферована систему путем топлоте W је рад који је систем извршио на спољашњој средини ΔU= U f U i је промена унутрашње f i ј р у у р енергије система

6 Задатак - изобарски а) Идеални гас абсорбује 5*10 3 J енергије, при чему гас врши рад од 2*10 3 J на спољашњој средини. b) Ако унутрашња енергија гаса опадне за 4.5*10 3 J а систем избаци 2*10 3 J путем топлоте, нађи промену запремине предпостављајући константан притисак од 10 5 Pa.

7 Први закон знаци Знаци чланова у једначини Q W ΔU Позитиван ако се енергија трансферује од околине ка систему путем топлоте Негативна ако се енергија трансферује руј од околине ка систему путем топлоте Позитивна ако систем врши рад на околини Негативан ако околина врши рад на систему Позитивно ако температура расте Негативно ако температура опада

8 Примедбе о раду Позитиван рад има тенденцију да смањује унутрашњу енергију система, пошто систем троши енергију да би вршио рад Негативан рад има тенденцију да повећава унутрашњу енергију система, пошто се систему предаје енергија путем рада који врши околина

9 Моларна специфична топлота на константној запремини Моларна специфична топлота идеалног једноатомског гаса на константној запремини C v = 3/2 R Промена унутрашње енергије идеалног једноатомског гаса ΔU = n C v ΔT

10 Моларна специфична топлота, наставак Гасу са великом моларном специфичном топлотом је потребно пуно енергије да би променио температуру за дати износ Ова вредност зависи од структуре гасног молекула Нпр.за идеалан двоатомски гас C v = 3/2 R

11 Степени слободе Степени слободе су број независних координата које су неопходне да би се описао положај атома у молекулу. Сваки степен слободе доприноси ½ R моларној специфичној топлоти Н Нпр. двоатомски молекул има пет степени слободе

12 Типови термалних процеса Изобарски Притисак остаје константан Хоризонтална линија на PV диаграму Изохорски Запремина остаје константана Вертикална линија на PV диаграму Изотермални Tемпература остаје константна Адијабатски Нема размене топлоте са околином

13 Задатак - изобарски процес Једноатомски гас на 2*10 5 Pa и почетној температури од 293K се полако шири на константном притиску од запремине 1l до запремине 2.5l. a) Нађи рад који систем изврши на околини? b) Нађи промену унутрашње енергије гаса? c) Нађи количину топлоте коју гас апсорбује у том процесу?? d) Искористите моларни топлотни капацитет на константном притиску да би нашли абсорбовану термалну енергију? e) Како се мењају одговори за двоатомски гас?

14 Задатак а а - изотермални Балон садржи 5mol идеалног моноатомског гаса. Систем абсорбује топлоту, при чему запремина расте за 25% при константној температури од 27C. a)нађи рад који гас врши на балону који се шири? b) Нађи тoплоту која се трансферује гасу? c) Нађи рад који спољашња средина врши на гасу?

15 Задатак - изохорски Колико термалне енергије мора да се дода 5mol идеалног моноатомског гаса на 300K и на константној запремини од 1.5l, да би се његова температура подигла на 380K?

16 Задатак адијабатски процес Koлики рад врши 0.1 mol идеалног моноатомског гаса на клипу, при адијабатској ј експанзији у којој ј се температура гаса смањује од 1.2*10 3 K до 4*10 2 K.

17 Задатак општи процес 4 mol идеалног моноатомског гаса се шири од полазне запремине од 0.1m 3 и притиска од 10 5 Pa до крајње запремине од 03m 0.3m 3 и притиска од Pa. Израчунај a) Рад који се изврши на гасу b) Промену унатрашње енергије гаса c) Термалну енергију која се трансферује гасу

18 Рекапитулација - процеси

19 Питање - процеси

20 Циклични процес Циклични процес је онај који почиње и завршава се у истом стању U f = U i and Q = W Код цикличног процеса је укупан рад који гас изврши по циклусу једнак површини која је ограничена путањом процеса на PV диаграму

21 Рад код цикличног процеса, слика Рад је једнак површини која је ограничена кривом на PV диаграму

22 Други принцип термодинамике Једна од формулација другог принципа: топлота не може спонтано да пређе са хладнијег на топлији објекат. Егзактнија формулација: преко увођења ентропије.

23 Први и други закон Први закон Енергија при термалним процесима мора бити очувана. Други закон И поред тога што је енергија очувана, неки процеси нису могући.