Κλασική και στατιστική Θερμοδυναμική

Σχετικά έγγραφα
Κλασική και στατιστική Θερμοδυναμική

ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΕΙΑ ΤΡΟΦΙΜΩΝ Ι

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Θερμοδυναμική. Μη Αντιστρεπτότητα και ο 2ος Θ.ν. Διδάσκων : Καθηγητής Γ.

ΦΡΟΝΤΙΣΤΗΡΙΑΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΦΥΣΙΚΗΣ Π.Φ. ΜΟΙΡΑ ΕΝΤΡΟΠΙΑ ΛΥΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ

2 ος ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΟΣ ΝΟΜΟΣ - ΕNTΡΟΠΙΑ ΘΕΩΡΙΑ & ΑΣΚΗΣΕΙΣ

Κλασική και στατιστική Θερμοδυναμική

ΓΕΝΙΚΗ ΚΑΙ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΧΗΜΕΙΑ

2 ΟΣ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΟΣ ΝΟΜΟΣ

Εφαρμοσμένη Στατιστική

Εφαρμοσμένη Στατιστική

ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΕΙΑ ΤΡΟΦΙΜΩΝ Ι

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ & ΑΣΚΗΣΕΙΣ

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ Ι. Ενότητα 1: Βασικά χαρακτηριστικά της Θερμοδυναμικής. Σογομών Μπογοσιάν Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Χημικών Μηχανικών

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Σύγxρονη Φυσική II. Στατιστική Φυσική Διδάσκων : Επίκ. Καθ. Μ. Μπενής

ΦΡΟΝΤΙΣΤΗΡΙΑΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΦΥΣΙΚΗΣ Π.Φ. ΜΟΙΡΑ ΕΝΤΡΟΠΙΑ ΛΥΜΕΝΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Πιθανότητες. Συνδυαστική Ανάλυση Διδάσκων: Επίκουρος Καθηγητής Κωνσταντίνος Μπλέκας

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ Ι. Ενότητα 4: Πρώτος Θερμοδυναμικός Νόμος. Σογομών Μπογοσιάν Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Χημικών Μηχανικών

ΕΝΤΡΟΠΙΑ-2ος ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΟΣ ΝΟΜΟΣ-ΚΥΚΛΟΣ CARNOT

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ & ΑΣΚΗΣΕΙΣ

Ηλεκτρισμός & Μαγνητισμός

Εφαρμοσμένη Στατιστική

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΘΕΡΜΙΚΗΣ ΚΑΙ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ Ι. Ενότητα 6: Εντροπία. Σογομών Μπογοσιάν Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Χημικών Μηχανικών

Οικονομετρία. Απλή Παλινδρόμηση. Πληθυσμός και δείγμα. H μέθοδος Ελαχίστων Τετραγώνων. Τμήμα: Αγροτικής Οικονομίας & Ανάπτυξης

Άσκηση 2.2. Ιδανικό αέριο διαστέλλεται ακολουθώντας τη διαδικασία PV 2 =const. Θερμαίνεται ή ψύχε- ται? (n=1 mole)

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΕΙΑ ΙΙ

Οικονομετρία. Πολλαπλή Παλινδρόμηση. Στατιστικός έλεγχος γραμμικού συνδυασμού συντελεστών. Τμήμα: Αγροτικής Οικονομίας & Ανάπτυξης

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Πιθανότητες. Συναρτήσεις πολλών μεταβλητών Διδάσκων: Επίκουρος Καθηγητής Κωνσταντίνος Μπλέκας

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ Ι. Ενότητα 8: Θερμοχωρητικότητα Χημικό δυναμικό και ισορροπία. Σογομών Μπογοσιάν Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Χημικών Μηχανικών

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα. Θερμοδυναμική

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα. Θερμοδυναμική

Ενθαλπία. Ηενθαλπία (Η) συστήµατος ορίζεται ως: Η=U+pV

Μικροβιολογία & Υγιεινή Τροφίμων

2 mol ιδανικού αερίου, η οποία

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 8: Εφαρμογές Σειρών Taylor. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Θερμοδυναμική. Ενότητα 6: Εντροπία. Κυρατζής Νικόλαος Τμήμα Μηχανικών Περιβάλλοντος και Μηχανικών Αντιρρύπανσης ΤΕ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Θερμοδυναμική ΚΙΝΗΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΙΔΑΝΙΚΩΝ ΑΕΡΙΩΝ. Διδάσκων : Καθηγητής Γ. Φλούδας

Φυσικοχημεία 2 Εργαστηριακές Ασκήσεις

Μικροκανονική- Kανονική κατανομή (Boltzmann)

Επαναληπτικό Χριστουγέννων Β Λυκείου

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Πιθανότητες. Συνάρτηση κατανομής πιθανότητας Διδάσκων: Επίκουρος Καθηγητής Κωνσταντίνος Μπλέκας

ΘΕΡΜΙΔΟΜΕΤΡΙΑ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΜΗΔΕΝΙΚΟΣ ΝΟΜΟΣ. Μονάδες - Τάξεις μεγέθους

ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΕΩΝ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Θερμοδυναμική

Προβλήματα Κεφαλαίου 2

Εφαρμοσμένη Στατιστική

Προβλήματα Κεφαλαίου 2

ΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΣΤΗ ΘΕΡΜΟ ΥΝΑΜΙΚΗ

ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ. Ενότητα 2: Αγωγή. Χατζηαθανασίου Βασίλειος Καδή Στυλιανή Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Η/Υ

Ατμοσφαιρική Ρύπανση

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ Ι. Ενότητα 2: Θερμοδυναμικές συναρτήσεις. Σογομών Μπογοσιάν Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Χημικών Μηχανικών

Γενικευμένος Ορισμός Εντροπίας

V (β) Αν κατά τη μεταβολή ΓΑ μεταφέρεται θερμότητα 22J από το αέριο στο περιβάλλον, να βρεθεί το έργο W ΓA.

Μικροκανονική- Kανονική κατανομή (Boltzmann)

Ζήτημα 1 0. Επώνυμο... Όνομα... Αγρίνιο 1/3/2015. Επιλέξτε τη σωστή απάντηση

Προβλήματα Κεφαλαίου 2

Επανάληψη των Κεφαλαίων 1 και 2 Φυσικής Γ Έσπερινού Κατεύθυνσης

Οικονομετρία. Απλή Παλινδρόμηση. Υποθέσεις του γραμμικού υποδείγματος και ιδιότητες των εκτιμητών. Τμήμα: Αγροτικής Οικονομίας & Ανάπτυξης

Θερμοδυναμική Ενότητα 7:

Μιγαδικός λογισμός και ολοκληρωτικοί Μετασχηματισμοί

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 9: Κίνηση Σε Πολικές Συντεταγμένες. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Φυσική ΜΕΤΑΛΛΟΥΡΓΙΑ. Ενότητα 4: Θερμοδυναμική και Κινητική της Δομής. Γρηγόρης Ν. Χαϊδεμενόπουλος Πολυτεχνική Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών

Εφηρμοσμένη Θερμοδυναμική

Προβλήματα Κεφαλαίου 2

ΦΡΟΝΤΙΣΤΗΡΙΑΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΦΥΣΙΚΗΣ Π.Φ. ΜΟΙΡΑ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ ΑΣΚΗΣΕΙΣ

ΑΝΩΤΕΡΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ

Ηλεκτρονικοί Υπολογιστές I

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ. ΘΕΜΑ 1 ο

Εφηρμοσμένη Θερμοδυναμική

Φυσική Προσανατολισμού Β Λυκείου Κεφάλαιο 2 ο. Σύντομη Θεωρία

ΦΡΟΝΤΙΣΤΗΡΙΑΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΦΥΣΙΚΗΣ Π.Φ. ΜΟΙΡΑ ΑΕΡΙΟ VAN DER WAALS ΛΥΜΕΝΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ

διαιρούμε με το εμβαδό Α 2 του εμβόλου (1)

* Επειδή μόνο η μεταφορά θερμότητας έχει νόημα, είτε συμβολίζεται με dq, είτε με Q, είναι το ίδιο.

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ Ι. Ενότητα 11: Μεταπτώσεις πρώτης και δεύτερης τάξης. Σογομών Μπογοσιάν Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Χημικών Μηχανικών

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΕΙΑ ΙΙ

P(n 1, n 2... n k ) = n 1!n 2! n k! pn1 1 pn2 2 pn k. P(N L, N R ) = N! N L!N R! pn L. q N R. n! r!(n r)! pr q n r, n! r 1!r 2! r k!

Φυσική Διαστήματος. Ενότητα 1: Ηλιακός Άνεμος. Ξενοφών Δ. Μουσάς Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

Ηλεκτρισμός & Μαγνητισμός

Οικονομετρία. Απλή Παλινδρόμηση Βασικές έννοιες και τυχαίο σφάλμα. Τμήμα: Αγροτικής Οικονομίας & Ανάπτυξης. Διδάσκων: Λαζαρίδης Παναγιώτης

ΦΥΣΙΚΗ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ Β ΛΥΚΕΙΟΥ. Κινητική Θεωρία Αερίων. Επιμέλεια: ΑΓΚΑΝΑΚΗΣ A.ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ, Φυσικός

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Σύγxρονη Φυσική II. Μοριακή Δομή ΙΙ Διδάσκων : Επίκ. Καθ. Μ. Μπενής

Οικονομετρία. Αυτοσυσχέτιση Συνέπειες και ανίχνευση. Τμήμα: Αγροτικής Οικονομίας & Ανάπτυξης. Διδάσκων: Λαζαρίδης Παναγιώτης

Εφαρμοσμένη Θερμοδυναμική

Φυσική Κατεύθυνσης Β Λυκείου.

Εφαρμοσμένη Θερμοδυναμική

ΜΑΘΗΜΑ - VI ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΘΕΡΜΟ ΥΝΑΜΙΚΗ Ι (ΚΛΑΣΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ) Α. ΑΣΚΗΣΗ Α3 - Θερµοχωρητικότητα αερίων Προσδιορισµός του Αδιαβατικού συντελεστή γ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Σύγxρονη Φυσική II. Ατομική Δομή ΙΙ Διδάσκων : Επίκ. Καθ. Μ. Μπενής

ΛΥΣΕΙΣ. µεταφορική κινητική ενέργεια του K η θερµοκρασία του αερίου πρέπει να: β) τετραπλασιαστεί δ) υποτετραπλασιαστεί (Μονάδες 5) δ) 0 J

Ηλεκτρισμός & Μαγνητισμός

ΚΛΑΣΙΚΗ ΘΕΡΜΟ ΥΝΑΜΙΚΗ ΕΝΟΤΗΤΑ-1 ΟΡΙΣΜΟΙ

Μικροκανονική- Kανονική κατανομή (Boltzmann)

Ιστορία της μετάφρασης

Έννοιες φυσικών επιστημών Ι και αναπαραστάσεις

ΑΡΧΗ 1ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ ΤΕΛΟΣ 1ΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Κβαντική Θεωρία ΙΙ. Σωμάτιο σε Ηλεκτρομαγνητικό Πεδίο Διδάσκων: Καθ. Λέανδρος Περιβολαρόπουλος

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Πιθανότητες. Εισαγωγή Διδάσκων: Επίκουρος Καθηγητής Κωνσταντίνος Μπλέκας

ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ: ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ / Β ΛΥΚΕΙΟΥ ΣΕΙΡΑ: Α ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 04/01/2014

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ. Σύγxρονη Φυσική II. Κβαντομηχανική σε τρεις διαστάσεις Διδάσκων : Επίκ. Καθ. Μ.

ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ ΤΡΙΤΗ 25 ΜΑΪΟΥ 2004

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα. Θερμοδυναμική

Transcript:

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ Κλασική και στατιστική Θερμοδυναμική Θεμελίωση της στατιστικής θερμοδυναμικής - μικροκανονική κατανομή Διδάσκων: Καθηγητής Ιωάννης Παναγιωτόπουλος

Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creatve Commos. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς.

Ιστορική διάκριση: Στατιστική -Κλασική Κλασική: Βασίζεται σε λίγες βασικές αρχές (θερμοδυναμιούς νόμους) που είναι απόρροια μεγάλου αριθμού πειραμάτων σε μακροσκοπικά συστήματα. π.χ. PVηR Στατιστική: Ξεκινάει από την μικροσκοπική περιγραφή και εξάγει τους θερμοδυναμικούς νόμους από τις ατομικές ιδιότητες με στατιστικό τρόπο. Π.χ. U mυ PP

Στατιστική και Κλασική Θερμοδυναμική Η θερμοδυναμική μελετά συστήματα που αποτελούνται από πολύ μεγάλο αριθμό ατόμων ή μορίων (ΜΑΚΡΟΣΚΟΠΙΚΑ). Σε αυτά: Είναι αδύνατη η περιγραφή σε μικροσκοπικό επίπεδο. Υπακούουν σε νόμους που δεν υφίστανται για απλά μηχανικά συστήματα Πόσο μεγάλο αριθμό ατόμων; δν Ν Ν 00 άτομα διακύμανση 0% 0000 άτομα διακύμανση % 6.0 0 3 άτομα διακύμανση 0.0000000000% οι διακύμανσεις είναι αμεληταίες και επομένως οι μέσες τιμές περιγράφουν τα μακροσκοπικά μετρούμενα μεγέθη

Θερμοδυναμική ισορροπία Θερμοδυναμική ισορροπία επικρατεί όταν η θερμοδυναμική κατάσταση δεν μεταβάλλεται με τον χρόνο. -δεν είναι στατική: μικροσκοπικά τα άτομα κινούνται, απλώς οι μακροσκοπικές θερμοδυναμικές παράμετροι δεν μεταβάλλονται -χαρακτηριστκός χρόνος αποκατάστασης -απλότητα R. Feyma: a system s sad to be thermal equlbrum whe all the fast thgs have happeed but the slow thgs have ot. -Στατικότροπη (ή ψευδοστατική)μεταβολή: γίνεται αρκετά αργά ώστε να μπορώ να θεωρήσω ότι είμαι ανά πάσα στιγμή σε θερμοδυναική ισορροπία 3

μικροσκοπική και ΜΑΚΡΟΣΚΟΠΙΚΗ κατάσταση ΜΑΚΡΟΣΚΟΠΙΚΗ: Περιγράφεται απο ένα σύνολο μακροσκοπικών παραμέτρων όπως πίεση, όγκος, θερμοκρασία, ηλεκτρική πόλωση κλπ μικροσκοπική: Πλήρης περιγραφή σε ατομικό επίπεδο. Π.χ. Για Ν0 3 άτομα ένα μονοατομικού αέριου θα έπρεπε να γνωρίζω 6 0 3 συντεταγμένες θέσης (x,y,z) και ταχύτητας (υ x,υ y,υ z ) 4

ος Θερμοδυναμικός νόμος deᵭwᵭq Εκφράζει την διατήρηση της ενέργειας καθώς ένα σύστημα ανταλλάσει ενέγρεια με το περιβάλλον υπό μορφή έργου και θερμότητας de μεταβολή της εσωτερικής ενέργειας του συστήματος. Η εσωτερική ενέργεια κατανέμεται στους εσωτερικούς βαθμούς ελευθερίας του συστήματος (κινητική* και δυναμική ατόμων) *Στο συστημα αναφοράς που το σώμα είναι ακίνητο Είναι συνάρτηση της κατάστασης του συστήματος. Δηλαδή το de είναι τέλειο διαφορικό και μετά από ένα πλήρη κύκλο δεν μεταβάλλεται: dd 0 ᵭW το έργο που δίνουμε στο σύστημα. Αν το σύστημα παράγει έργο είς βαρος της εσωτερικής του ενέργειας ᵭW<0. Γίνεται μέσω μεταβολής μακροσκοπικά παρατηρήσιμων ποσοτήτων πχ για απειροστή μεταβολή όγκου υπό πίεση p, ᵭW-pdV ᵭQ η θερμότητα που απορροφά το σύστημα. Αν το σύστημα αποβάλλει θερμότητα έργο είς βαρος της εσωτερικής του ενέργειας ᵭQ<0. ᵭW, ᵭQ δεν είναι τέλεια διαφορικά και εξαρτώνται από τον τρόπο που γίνεται η μεταβολή έτσι μετά από ένα πλήρη κύκλο κατά τον οποίο επιστρέφουμε στην αρχική κατάσταση ᵭW ᵭQ0 ή συνολικά W-Q. 5

θερμοχωρητικότητα C dd dd εφόσον το ᵭQ εξαρτράται από τον τρόπο που γίνεται η μεταβολή, η θερμοχωρητικότητα εξαρτάται από τον τρόπο θέρμανσης του συστήματος. Για τις απλές περιπτώσεις θα μπορούσαμε να συνοψίσουμε: ισόχωρη ισοβαρής ισόθερμη αδιαβατική C V dd C dd P dd C Q V dd 0 C 0 dd 0 P Σε ένα αέριο ο ος ΘΝ γράφεται de-pdv ᵭQ επομένως για την ισόχωρη ισχύει de ᵭQ. Συνεπώς: C V dε dd V 6

Εφαρμογή για ιδανικό αέριο ΑΠΟ ΤΟ ΟΤΙ: (α) ος ΘΝ για αέρια γράφεται de-pdv ᵭQ (β) Ένα ιδανικό αέριο ορίζεται μικροσκοπικά από το γεγονός ότι είναι αρκετά αραιό ώστε να θεωρείται αμεληταία η δυναμική ενέργεια αλληλεπίδρασης των μορίων και επομένως η συνολική ενέργεια είναι συνάρτηση μόνο της θερμοκρασίας (γ) μακροσκοπικά από το ότι υπακούει στην καταστατική PVηR. ΠΑΙΡΝΟΥΜΕ: C P dd dd P dε dd P P dv dd P dε dd V P d ηrr dd P P C V 7

Στατιστική Θερμοδυναμική Στατιστική περιγραφή και η έννοια της πιθανότητας Μέση τιμή-τυπική Απόκλιση Βασική Παραδοχή Στατιστικής Θερμοδυναμικής Διωνυμική κατανομή Γιατί πρέπει ένα θερμοδυναμικό σύστημα να έχει πολλούς βαθμούς ελευθερίας; ΟΡΙΣΜΟΣ ΕΝΤΡΟΠΙΑΣ 8

Στατιστική Περιγραφή Ενός Συστήματος Έννοια της Πιθανότητας Εκτελώ ένα πείραμα Ν φορές Μετράω πόσες φορές εμφανίζεται ένα συγκεκριμένο αποτέλεσμα. Έστω Ν r Ορίζω σαν πιθανότητα εμφάνισης του αποτελέσματος r p r lm r, 0 p r 9

Στατιστική Περιγραφή Ενός Συστήματος Για διαφορετικά και αμοιβαία αποκλειόμενα αποτελέσματα που εξαντλούν όλα τα πιθανές περιπτώσεις... 3...... 3 3 p p p p 0

Για διαφορετικά και αμοιβαία αποκλειόμενα αποτελέσματα που εξαντλούν όλα τα πιθανά αποτελέσματα: p Νόμισμα: 0.5 0.5 ) ( ) ( Γ p K p p p p p p p 6 6 6 6 6 6 Ζάρι:

Μέση Τιμή p u u 7 0 0 8 7 4 6 5 u p u u u 0 8 7 4 6 5 βαθµος Ν

Μέση Τιμή 7 0 0 8 0 7 0 4 6 0 5 0 u u p u u 7 0 0 8 7 4 6 5 Στατιστικό βάρος κάθε ενδεχόμενου 3

Τυπική απόκλιση ( ) ( ) u u p u ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ).4 7.4, 7 0 0 7 8 0 7 7 0 4 7 6 0 7 5 0 ± u u u 4

( ) ( ) u p u u ( ) u u u uu u u uu u u u 5

( ) ( ) u u u 5 0 0 8 0 7 0 4 6 0 5 0 u.4 49 5 7 5 u u u 6

Στατιστική Θεμελίωση της Θερμοδυναμικής Ποιο είναι το στατιστικό βάρος μιας Μακροκατάστασης; 7

,,,3,4,5,6,,,3,4,5,6 3, 3, 3,3 3,4 3,5 3,6 4, 4, 4,3 4,4 4,5 4,6 5, 5, 5,3 5,4 5,5 5,6 6, 6, 6,3 6,4 6,5 6,6 8

p/36 p/36 p3/36 p4/36 p5/36,,,3,4,5,6,,,3,4,5,6 3, 3, 3,3 3,4 3,5 3,6 p6/36 p5/36 p4/36 4, 4, 4,3 4,4 4,5 4,6 p3/36 5, 5, 5,3 5,4 5,5 5,6 6, 6, 6,3 6,4 6,5 6,6 p/36 p/36 9

Στατιστική Θεμελίωση της Θερμοδυναμικής Το στατιστικό βάρος Μακροκατάστασης είναι ο αριθμός των μικροκαταστάσεων που την απαρτίζουν Ω. Όλες οι μικροκαταστάσεις που είναι συμβιβαστές με την δεδομένη Μακροκατάσταση έχουν ίσες πιθανότητες 0

Παράδειγμα αερίου από διακρίσιμα* σωμάτια * Θα δούμε αργότερα ότι τα άτομα ενός αερίου δεν μπορούν να θεωρηθούν διακρίσιμα. Εδώ απλώς δίνεται ένα παράδειγμα χρήσης της διωνυμικής κατανομής.

Ν p 5% p 50% p 4 4 4 5%

Ν3, 3 8 3 3 p.5% p 37.5% p 37.5% p 8 8 8 8.5% 3

Ν4, 4 6 4 6 4 p 6.5% p 5% p 37.5% p 5% p 6 6 6 6 6 6.5% 4

hs mage caot curretly be dsplayed. Ν8, 8 56, 8, 8 7 8, 8 7 6 56, 3 8 7 6 5 70, 4 3 p 0.4% 56 8 p 3.% 56 8 p 0.9% 56 56 p.8% 56 70 p 7.3% 56 5

0.5 0.0 p 0.5 0.0 0.05 0.00 0 3 4 5 6 7 8 6

Ν00 Έστω συνολικά 00 σωμάτια από τα οποία 30 στο αριστερό ήμισυ και υπόλοιπα 70 στο δεξιό. Ω 00 99 98 7 30 9 8 ( 00 99 98 7)( 70 69 68 ) 00! ( 70 69 68 )( 30 9 8 ) 70!30! 7

Γενικότερα για Ν Ω )!!(! Έστω συνολικά Ν σωμάτια από τα οποία είναι αριστερά 8 Σημ: οι όροι αυτοί προκύπτουν στο ανάπτυγμα: y x y x 0 ) (

p/p(50%).0 8 6 3 0.8 64 00 000 0.6 0.4 0. 0.0 0 0 40 60 80 00 % ατοµων αριστερα u u p ( u u ) p u 9

ΟΡΙΣΜΟΣ ΕΝΤΡΟΠΙΑΣ S l Ω.38 0 3 J/K Ο λογάριθμος εξασφαλίζει ότι είναι εκτατικό μέγεθος S ( Ω ) ( ) ( ) Ω l Ω l Ω S l S 30

Παράδειγμα Ν6400,80 Κρύσταλλος-ατέλειες(άσπρα) Μαγνήτης (σπιν πάνω/κάτω) (μαύροπάνω, άσπροκάτω) Δυαδικό κράμα (π.χ. Cu 0.8 Z 0. ) (μαύροcu, άσπροz) 3

Ν3 0 { } Ω, S l()0 { } Ω9, S l(9) 3 0-3 J/K { } Ω36, S l(36) 5 0-3 J/K 3

Ανάπτυγμα Strlg M M M M ) l(!) l( ( ) ( ) ( ) ) )l( ( l l ) ( ) )l( ( l l )! ( l!) l(! l!!! l Ω 33

Πχ 6.0 0 3, / ( ) ( ) 5.76 J/K l l l l l l l l l ) )l( ( l l ) l( Ω S 34

ΣΥΝΟΨΗ Για συγκριμένη ΜΑΚΡΟκατάσταση που περιλαμβάνει Ω μικροκαταστάσεις Εντροπία S l Ω S / Στατιστικό βάρος Ω e Από Ν αντικείμενα επιλέγουμε με! Ω τρόπους!( )! 35

Παράδειγμα: Εντροπία Αναμίξεως Cu -x Z x ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) )] )l[( ( ] l[ )] )l[( ( ] l[ )] )l[( ( ] l[ )] )l[( ( ] )l[ ( ] l[ ] l[ l ] ) )l[( ( ] l[ l ] ) l[( ) ( ] l[ l l l l l l l )!!! l(, ) ( x x x x R x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x S x x Z Z Cu Cu Z Z Z Cu Cu Cu Z Cu Z Cu 36

ος Θερμοδυναμικός Νόμος Ο ος ΘΝ δεν είναι αρεκτός γιατί πολλές διεργασίες παρότι δεν παραβιάζουν την διατήρηση της συνολικής ενέργειας δεν παρατηρούνται ποτέ! Πρέπει να συμπληρωθεί με τον ο ΘΝ που δίνει την κατεύθυνση φυσικών διεγρασιών 37

ος Θερμοδυναμικός Νόμος ds dt 0 Η εντροπία μονωμένου συστήματος πάντα αυξάνει και γίνεται μέγιστη στην κατάσταση ισορροπίας 38

Ορισμός θερμοκρασίας S E V Για να έχουμε μεγιστοποίηση της εντροπίας σε απομονωμένο σύστημα (και εφόσον είναι διαθέσιμο ποσό ενέργειας είναι συγκεκριμένο) η ενέργεια πρέπει να κατανεμηθεί στο σύστημα κατά τρόπο με τον οποίο θα δώσει την μεγαλύτερη δυνατή εντροπία. Από τον παραπάνω ορισμό είναι φανερό ότι πρέπει να «επενδύσουμε» την ενέργεια σε οποιοδήποτε μέρος του συστήματος έχει την χαμηλότερη θερμοκρασία και επομένως η παράγωγος (δs/δε) V είναι μέγιστη. 39

Σύγκριση με την κλασική θερμοδυναμική Εφόσον υπό για μεταβολές υπό σταθερό όγκο W0 και επομένως συμφωνα με τον ο θερμοδυναμικό νόμο: deq, ο ορισμός της θερμοκρασίας είναι ισοδύναμος με την σχέση Q S Που χρησιμοποιείται στην κλασική θερμοδυναμική για τον υπολογισμό διαφορών εντροπίας μεταξύ των καταστάσεων. ΣΗΜΕΙΩΣΗ: Αυτή η σχέση μπορεί να χρησιμοποιηθεί εύκολα για ισόθερμες μεταβολές. Στις άλλες περίπτωσεις: ισόχωρη ισοβαρής ισόθερμη αδιαβατική S CV d * C V l S CPd * C P l Q S S 0 * οι δεύτερες ισότητες ισχύουν για μεταβολές με σταθερές θερμοχωρητικότητες 40

Ορισμός θερμοκρασίας Έστω μονωμένο σύστημα με συνολική ενέργεια Ε χωρίζεται σε δυο υπόσυστήματα με ενέργειες Ε,Ε που μπορούν να ανταλάσσουν μεταξύ τους ποσά θερμότητος υπό σταθερούς όγκους: Ας υπολογίσουμε την συνολική μεταβολή της εντροπίας: de E S E S de de de E S de E S de E S de E S ds ds ds V V V V V 0 de de de de de ας εφαρμόσουμε τώρα τον ο θερμοδυναμικό νόμο: 4

Ορισμός θερμοκρασίας 0 0, 0, 0, 0 0 de de de ds Τ Τ Τ Τ Συνεπώς ό ορισμός της θερμοκρασίας είναι τέτοιος ώστε μαζί με τον ο θερμοδυναμικό νόμο να είναι συμβατός με την παρατήρηση «η θερμότητα ρέει απο το θερμότερο στο ψυχρότερο». Η ισότητες ισχύουν στην περίπτωση που είμαστε ήδη σε θερμοδυναμική ισορροπία. 4

Παράδειγμα 6 sp ½ από τα οποία, και Ν- : Το σύστημα Ν6 είναι μικρό δεν είναι μακροσκοπικό ώστε να μπορεί να θεωρηθεί ως θερμοδυναμικό, απλώς δίνεται ως παράδειγμα για να επεκταθούμε σε αρεκτά μεγάλα Ν που στα οποία η εντροπία και η θερμοκρασία έχουν νόημα. Σύνολο μικροκαταστάσεων Ω S Ε 6 { } 0-6μΒ 5 {,,,,, } 6 l(6) -4μΒ 4 {,,,,,..., } 5 l(5) -μβ 3 {,,,,,..., } 0 l(0) 0 {,,,,,... } 5 l(5) μβ {,,,,, } 6 l(6) 4μΒ 0 { } 0 6μΒ 43

Ν sp ½, και Ν- : 44 ( ) ( ) ) tah( ) ( ) l( ) l( ) l( l ) )l( ( l l ) l( ) ( ) )( ( ) ( e e e e m e e e e de d d ds d ds S E µ µ µ µ µ µ µ µ µ µ µ µ µ µ Ω

Συνήθες Θερμοδυναμικό Σύστημα με f βαθμούς ελευθερίας Ο αριθμός των καταστάσεων είναι ισχυρά αύξουσα συνάρτηση της ενέργειας της μορφής Ω ( E ) C E f συνεπώς η θερμοκρασία εκφράζει ενέργεια ανά βαθμό ελευθερίας εφόσον: ds de E f d de l Ω d de ( l C f l E) f E 45

Τέλος Ενότητας

Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.

Σημειώματα

Σημείωμα Ιστορικού Εκδόσεων Έργου Το παρόν έργο αποτελεί την έκδοση.0. Έχουν προηγηθεί οι κάτωθι εκδόσεις: Έκδοση.0 διαθέσιμη εδώ. http://ecourse.uo.gr/course/vew.php?d079.

Σημείωμα Αναφοράς Copyrght Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων, Διδάσκων: Καθηγητής Ιωάννης Παναγιωτόπουλος. «Κλασική και στατιστική Θερμοδυναμική. Θεμελίωση της στατιστικής θερμοδυναμικής - μικροκανονική κατανομή». Έκδοση:.0. Ιωάννινα 04. Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: http://ecourse.uo.gr/course/vew.php?d079.

Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creatve Commos Αναφορά Δημιουργού - Παρόμοια Διανομή, Διεθνής Έκδοση 4.0 [] ή μεταγενέστερη. [] https://creatvecommos.org/lceses/by-sa/4.0/.