terma+egzamin+III+semestr.doc

(3044 KB) Pobierz
1) Temperatura, skale temperatur

1) Temperatura, skale temperatur

Definicja termometru wynika z „0” zasady termodynamiki, która mówi, że jeśli dwa układy A i B są w równowadze termicznej z układem C, to są w równowadze termicznej względem siebie.

Układy w stanie równowagi mają wspólną wartość liczbową – temperaturę. Termometr jest układem, który określa temperaturę. Aby układ był termometrem, musi być:

- mały w stosunku do układu, którego temperaturę chcemy mierzyć

- stykać się z układem diatermicznie

- stan równowagi termicznej musi się szybko ustalać

Temperatury nie mierzymy bezpośrednio, tylko przez inny parametr będący funkcją temperatury (np. ciśnienie, wysokość słupa rtęci, opór elektryczny)

Skala Celsjusza, Skala Farenheit’a – roztwór NaCl-woda-lód – 0, a temperatura mieszaniny woda – lód 30, Skala Kelwina- w temperaturze w której nie ma ruchu cząsteczek przypisał 0

2)Funkcje stanu – praca i ciepło nie są funkcjami stanu

Funkcja stanu – nazywamy wielkość fizyczną, której wartość zależy wyłącznie od stanu, w jakim układ aktualnie się znajduje, nie zaś od drogi, po której do tego stanu doszedł

Praca objętościowa może być wykonana na 2 sposoby:



A) w wyniku pojedynczego suwu DV. Potrzebna jest do tego praca WA=-pDV po scałkowaniu WA= p(V1 – V2)

B) w wyniku szeregu nieskończenie małych zmian objętości dV, potrzebna do tego zmiana objętości równa się

WA≠WB  Praca objętościowa nie jest funkcją stanu zależy od sposobu jej wykonania (od drogi przemiany)

DUA=DUB Zmiana energii wewnętrznej nie zależy od sposobu realizacji procesu – jest to zasada zachowania energii

DU=Q+W  à QA+WA=QB+WB à lecz WA≠WB  czyli QA ¹QB

3) Zmienne intensywne, ekstensywne Chcąc opisać jakiś układ musimy podać pewną liczbę informacji dotyczących jego masy, objętości, temperatury, składu chemicznego, panującego w nim ciśnieniu itp. Określiwszy te wielkości znamy już stan układu. Wielkości fizyczne wymienione wyżej (m,V,T,C,p) nazywamy zmiennymi stanu układu. Rozważmy dowolny układ A, w którym w każdym punkcie panuj: jednakowa temperatura, ciśnienie oraz  stężenie składników. Podzielmy go w myśli na 2 układy A1,A2. Widać, że pewne zmienne stanu układu A1 będą miały identycznie wartości, jak w pierwotnym układzie (T,p,stężenie), inne natomiast – wartości odpowiednio mniejsze (m,V,n). Pierwszy rodzaj zmiennych stanu nosi nazwę zmiennych intensywnych, drugi – zmiennych ekstensywnych. Wartości zmiennych ekstensywnych są wprost proporcjonalne do masy układu wartości zmiennych intensywnie zależą od masy Zmienne ekstensywne - zależą od masy układu np. objętość Zmienne intensywne - niezależne od masy układu np. ciśnienie, gęstość, temperatura

4) I zasada termo., praca, ciepło, energia wewnętrza

Energia wewnętrzna jest to funkcja termodynamiczna, której zmiana w wyniku przejścia układu z początkowego stanu równowagi A do końcowego stanu równowagi B jest równa pracy wymienionej przez układ z otoczeniem w przemianie adiabatycznej              DU = UB - UA = Wadiabat.

Zmiana energii wewnętrznej układu zamkniętego jest równa sumie ciepła Q i pracy W wymienionych z otoczeniem

DUukł. = Q + W  ,dU=Q-pdV

Praca wymieniona między układem a otoczeniem nie może być określona jednoznacznie przez zmienne termodynamiczne opisujące stan początkowy i końcowy układu. Zależy od drogi przemiany. Praca nie jest więc funkcją stanu - jest funkcjonałem drogi przemiany. Ciepło również nie jest funkcją stanu lecz funkcjonałem drogi przemiany.

Pracą – nazywamy przeniesienie energii w taki sposób, że może ona być użyta do przeniesienia w otoczeniu ciężaru na pewną wysokość.

Ciepłem – nazywamy przeniesienie energii następujące w wyniku istnienia różnicy temperatur układu i otoczenia

5) Entalpia, energia wew. ciepło przemiany izobarycznej i izochorycznej

Proces izobaryczny p=const musimy zdefiniować nową zmienna Entalpia H=U+pV, po zróżniczkowaniu dH=dU+pdV+Vdp czyli

dH=Q-pdV+pdV+VdpdH=Q+Vdp lecz dp=0 czyli dH=Qp

Proces izochoryczny v=const dU=Q-pdV lecz dV=0 to dU=QV

6) Różnica pomiędzy Qp i QV dla reakcji chemicznej

Dla V=const DU=QV, a dla p=const DH=QP Są to funkcje stanu

1.Istotna jest w fazie gazowej, 2.Występuje wtedy, gdy w wyniku reakcji zmienia się liczba moli zAàxB Zmiana ilości reagentów: Dn=x-z

H=U+pV  różniczkujemy dH=dU+pdV+Vdp  dla p=const DH=DU+pDV (pDV=(Dn)RT)  Qp=QV + (Dn)RT

7) Ciepło właściwe, zależność od temperatury



Pojemność cieplna (ciepło właściwe) Q~DT ciepło jest proporcjonalne do zmiany temperatury Q=cDT. Taka sama zmiana temperatury DT wywołana jest dostarczeniem innej ilości ciepła. Każda substancja na charakterystyczny współczynnik pojemności cieplnej



Q=cDT  p=const  Qp =DH



dla V=const

Zależność pojemności cieplnej od temperatury

Cp=a+bT+cT-1 lub Cp=a+bT+cT-2 lub Cp=a+bT   1cal»4,18 J

10) Entropia:

Zmiana entropii jest równa ilości wymienionego ciepła w odwracalnej przemianie izotermicznej do temperatury przemiany:



Druga zasada termodynamiki

- z punktu widzenia świata (układ + otoczenie)

Entropia świata nie może maleć (w przemianie nieodwracalnej zawsze wzrasta). Jeżeli entropia układu maleje, to entropia otoczenia musi wzrosnąć więcej niż zmalała entropia układu i na odwrót:

dS = dSukł. + dSotocz. ³ 0 (znak równości dla procesu odwracalnego)

- z punktu widzenia układu

Procesy nieodwracalne zachodzące w układzie mogą tylko zwiększać entropię, nie mogą jej natomiast zmniejszać:

dS ³ 0  (znak równości dla procesu odwracalnego)

Zmiany entropii układu: Entropia układu może wzrastać, maleć lub być stała



8) Zależność ciepła procesu od temperatury

Cp=a+bT+cT-2  

9) Prawo Hess’a

Efekt energetyczny danego procesu nie zależy od drogi, jaką on przebiega (z ilu i jakich etapów się składa), ale tylko od stanu początkowego i końcowego.

11) Zależność entropii od temperatury

12) TRZECIA ZASADA TERMODYNAMIKI

Postulat Nernsta  W fazie skondensowanej (ciecze, ciała stałe) jeśli T ® 0 (zero bezwzględne), to wtedy 

Postulat Plancka (III zasada termodynamiki) W temperaturze zera bezwzględnego rozważa się obiekt jednolity o skończonej gęstości

Ciało doskonale jednolite - ciało krystaliczne bez domieszek (bez defektów sieciowych)

Postulat Nernsta  We wszystkich procesach przebiegających w temperaturze zera bezwzględnego entropia nie ulega zmianie DS(T=0K)=0

Postulat Plancka Entropia czystych kryształów o regularnej strukturze w temperaturze zera bezwzględnego równa jest zero S(T=0K)=0

13) Energia swobodna, zależność od T i V

F=U-TS różniczkujemy dF=dU-TdS-SdT  (dU=q-pdV) (Q=TdS)

dF=Q-pdV-Td-SdT   dF=TdS-pdV-TdS-SdT     dF=-pdV-SdT

F=F(T,V) różniczka zupełna

 

14) Entalpia swobodna, zależność od T i p

G=H-TS, H=U+pVàG=U+pV-TS zróżniczkuje dG=dU+pdv+Vdp-TdS-SdT

dG=-SdT+Vdp+dU+pdV-TdS  (dU=Q-pdV) (Q=TdS) dG=-SdT+Vdp

G=F(T,p) różniczka zupełna

        

15) Zależność entalpii od ciśnienia 

15) Zależność ciśnienia od T i V

Od objętości

pV=nRT à p=nRT1/V

Od temperatury

pV=nRT  p=n*(R/V)*T  dla 1 mola

Zależność energii wewnętrznej od objętości

H=U+pV i U=H-pV ß to zróżniczkujemy względem objętości. à

à

16) Zależność energii wewnętrznej od entropii i objętości

Zależność energii wewnętrznej od entropii i objętości

dU=Q-pdV  gdzie (Q=TdS) à dU=TdS-pdV

U=U(S,V)  różniczka zupełna

Zależność entalpii od entropii i ciśnienia

dU=Q-pdV  

H=U+pV różniczkujemy dH=dU+pdV+Vdp àdH=Q-pdV+pdV+Vdp à

Q=TdS à dH=TdS+Vdp

H=H(S,p) różniczka zupełna

17) Stała równowagi i potencjał termodynamiczny (izoterma van’t Hoff’)

AÛB    K=pB/pA Stała równowagi reakcji

Rozpatrzmy teraz termodynamikę tej reakcji

Oznaczając:p1=p oraz przyjmując że p2=po – 1atm. Otrzymujemy

DG=DGo+RTln p/po w stanie równowagi DG=0

18) Zależność stałej równowagi od temperatury

Gdzie    

izobara              izochora

W reakcji endotermicznej wzrost temperatury przesuwa równowagę w kierunku produktu

W reakcji egzotermicznych obniżenie temperatury obniża równowagę w kierunku produktu

19) zależność stałej równowagi od ciśnienia, Izoterma van Laara

Stała równowagi ma wymiar jeśli nie jest równa 3H2+N2ß> 2NH3

  

Kx=Kpp2  stała Kx rośnie tu z kwadratem ciśnienia

zróżniczkujmy względem ciśnienia

Zmiana objętości standardowej objętości produktów objętości substratów

20) Związek między Cp i Cv



 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Dla 1 mola gazu doskonałego pV=nRT czyli p=RT*(1/V)

DH1=DH2+...

Zgłoś jeśli naruszono regulamin