Stejn? syst?m m??e b?t v r?zn?ch stavech. Ka?d? stav syst?mu je charakterizov?n ur?it?m souborem hodnot termodynamick?ch parametr?. Termodynamick? parametry zahrnuj? teplotu, tlak, hustotu, koncentraci atd. Zm?na alespo? jednoho termodynamick?ho parametru vede ke zm?n? stavu syst?mu jako celku. Kdy? jsou termodynamick? parametry konstantn? ve v?ech bodech syst?mu (objemu), naz?v? se termodynamick? stav syst?mu rovnov?ha.

Rozli?ovat homogenn? A heterogenn? syst?my. Homogenn? syst?my se skl?daj? z jedn? f?ze, heterogenn? syst?my se skl?daj? ze dvou nebo v?ce f?z?. F?ze – Jedn? se o ??st syst?mu, homogenn? ve v?ech bodech slo?en? a vlastnost? a odd?lenou od ostatn?ch ??st? syst?mu rozhran?m. P??kladem homogenn?ho syst?mu je vodn? roztok. Ale pokud je roztok nasycen? a na dn? n?doby jsou krystaly soli, pak je uva?ovan? syst?m heterogenn? (existuje f?zov? rozhran?). Dal??m p??kladem homogenn?ho syst?mu je jednoduch? voda, ale voda s ledem plovouc?m v n? je heterogenn? syst?m.

Abychom kvantitativn? popsali chov?n? termodynamick?ho syst?mu, zav?d?me stavov? parametry - veli?in, kter? jednozna?n? ur?uj? stav syst?mu v dan?m okam?iku. Parametry stavu lze zjistit pouze na z?klad? zku?enost?. Termodynamick? p??stup vy?aduje, aby mohly b?t m??eny empiricky pomoc? makroskopick?ch p??stroj?. Mno?stv? parametr? je velk?, ale ne v?echny jsou pro termodynamiku v?znamn?. V nejjednodu???m p??pad? mus? m?t jak?koli termodynamick? syst?m ?ty?i makroskopick? parametry: hmotnost M, hlasitost PROTI, tlak p a teplotu T. Prvn? t?i z nich jsou definov?ny pom?rn? jednodu?e a jsou dob?e zn?m? z kurzu fyziky.

V 17. – 19. stolet? byly formulov?ny experiment?ln? z?kony ide?ln?ch plyn?. Poj?me si je kr?tce p?ipomenout. Ide?ln? plynov? izoprocesy – procesy, ve kter?ch z?st?v? jeden z parametr? nezm?n?n. 1. Izochorick? proces . Karl?v z?kon. V = konst. Izochorick? proces naz?v? se proces, kter? nastane, kdy? konstantn? objem PROTI. Chov?n? plynu v tomto izochorick?m procesu se ??d? Karl?v z?kon : P?i konstantn?m objemu a konstantn?ch hodnot?ch hmotnosti plynu a jeho mol?rn? hmotnosti z?st?v? pom?r tlaku plynu k jeho absolutn? teplot? konstantn?: P/T= konst. Graf izochorick?ho procesu na PV- diagram se naz?v? izochora . Je u?ite?n? zn?t graf izochorick?ho procesu na RT- A VT-diagramy (obr. 1.6). Izochorov? rovnice: kde P 0 je tlak p?i 0 °C, a je teplotn? koeficient tlaku plynu rovn? 1/273 deg -1. Graf takov? z?vislosti na Рt-diagram m? tvar zn?zorn?n? na obr?zku 1.7. R??e. 1.7 2. Izobarick? proces. Gay-Lussac?v z?kon. R= konst. Izobarick? proces je proces, kter? se vyskytuje p?i konstantn?m tlaku P . Chov?n? plynu b?hem izobarick?ho procesu se ??d? Gay-Lussac?v z?kon : P?i konstantn?m tlaku a konstantn?ch hodnot?ch hmotnosti plynu a jeho mol?rn? hmotnosti z?st?v? pom?r objemu plynu k jeho absolutn? teplot? konstantn?: V/T= konst. Graf izobarick?ho procesu na VT- diagram se naz?v? izobar . Je u?ite?n? zn?t grafy izobarick?ho procesu na PV- A RT-diagramy (obr. 1.8). R??e. 1.8 Izobarov? rovnice: kde a = 1/273 stupn? -1 - teplotn? koeficient objemov? rozta?nosti. Graf takov? z?vislosti na Vt diagram m? podobu zn?zorn?nou na obr?zku 1.9. R??e. 1.9 3. Izotermick? proces. Boyle-Mariott?v z?kon. T= konst. Izotermick? proces je proces, kter? nastane, kdy? konstantn? teplota T. Chov?n? ide?ln?ho plynu b?hem izotermick?ho procesu se ??d? Boyle-Mariott?v z?kon: P?i konstantn? teplot? a konstantn?ch hodnot?ch hmotnosti plynu a jeho mol?rn? hmotnosti z?st?v? sou?in objemu plynu a jeho tlaku konstantn?: PV= konst. Graf izotermick?ho procesu na PV- diagram se naz?v? izoterma . Je u?ite?n? zn?t grafy izotermick?ho procesu na VT- A RT-diagramy (obr. 1.10). R??e. 1.10 Izotermick? rovnice: (1.4.5) 4. Adiabatick? proces (izentropn?): Adiabatick? proces je termodynamick? proces, kter? prob?h? bez v?m?ny tepla s okol?m. 5. Polytropn? proces. Proces, p?i kter?m tepeln? kapacita plynu z?st?v? konstantn?. Polytropn? proces je obecn?m p??padem v?ech v??e uveden?ch proces?. 6. Avogadr?v z?kon. P?i stejn?ch tlac?ch a stejn?ch teplot?ch obsahuj? stejn? objemy r?zn?ch ide?ln?ch plyn? stejn? po?et molekul. Jeden mol r?zn?ch l?tek obsahuje N A=6,02-1023 molekul (Avogadro ??slo). 7. Dalton?v z?kon. Tlak sm?si ide?ln?ch plyn? se rovn? sou?tu parci?ln?ch tlak? P plyn? v n? obsa?en?ch: 8. Spojen? plyn?rensk? pr?vo (Clapeyron?v z?kon). V souladu s Boyle-Mariotteov?mi z?kony (1.4.5) a Gay-Lussac (1.4.3) m??eme doj?t k z?v?ru, ?e pro danou hmotnost plynu

sm?si plyn?. Jako p??klad lze uv?st produkty spalov?n? paliva ve spalovac?ch motorech, topeni?t?ch pec? a parn?ch kotl?, vlhk? vzduch v su??c?ch za??zen?ch atd.

Z?kladn? z?kon, kter? ur?uje chov?n? sm?si plyn?, je Dalton?v z?kon: celkov? tlak sm?si ide?ln?ch plyn? se rovn? sou?tu parci?ln?ch tlak? v?ech jej?ch slo?ek:

??ste?n? tlak p?- tlak, kter? by m?l plyn, kdyby s?m o stejn? teplot? zab?ral cel? objem sm?si.

Metody pro specifikaci sm?si. Slo?en? plynn? sm?si lze specifikovat hmotnost?, objemem nebo mol?rn?mi zlomky.

Hmotnostn? zlomek se naz?v? pom?r hmotnosti jednotliv? slo?ky Mi, k hmotnosti sm?si M:

Je z?ejm?, ?e .

Hmotnostn? zlomky jsou ?asto specifikov?ny jako procenta. Nap??klad pro such? vzduch; .

Objemov? zlomek je pom?r redukovan?ho objemu plynu V k celkov?mu objemu sm?si V: .

D?no je objem, kter? by zab?rala slo?ka plynu, kdyby se jej? tlak a teplota rovnaly tlaku a teplot? sm?si.

Pro v?po?et zmen?en?ho objemu nap??eme dv? stavov? rovnice i-ta slo?ka:

Prvn? rovnice se t?k? stavu plynn? slo?ky ve Sm?si, kdy? m? parci?ln? tlak p? a zab?r? cel? objem sm?si, a druh? rovnice - do redukovan?ho stavu, kdy jsou tlak a teplota slo?ky stejn?, jako u sm?si, R A T. Z rovnic to vypl?v?

Se?ten?m vztahu (2.2) pro v?echny slo?ky sm?si dostaneme, s p?ihl?dnut?m k Daltonovu z?konu, odkud. Objemov? zlomky jsou tak? ?asto specifikov?ny jako procenta. Pro vzduch,.

N?kdy je vhodn?j?? specifikovat slo?en? sm?si v mol?rn?ch zlomc?ch. Mol?rn? zlomek se naz?v? pom?r po?tu mol? Ni pod?lu p??slu?n? slo?ky na celkov? po?et mol? sm?si N.

Nechte sm?s plyn? sest?vat z N1 moly prvn? slo?ky, N2 moly druh? slo?ky atd. Po?et mol? sm?si a mol?rn? zlomek slo?ky se bude rovnat .

V souladu s Avogadrov?m z?konem jsou objemy molu jak?hokoli plynu sou?asn? R A T, zejm?na p?i teplot? a tlaku sm?si, ve stavu ide?ln?ho plynu, stejn?. Sn??en? objem libovoln? slo?ky lze tedy vypo??tat jako sou?in objemu molu po?tem mol? t?to slo?ky, tj. a objemem sm?si - podle vzorce. Pak , a tedy zad?n? sm??ovac?ch plyn? v mol?rn?ch zlomc?ch, se rovn? ur?en? jeho objemov?ch zlomk?.

Plynov? konstanta sm?si plyn?. Se?ten?m rovnic (2.1) pro v?echny slo?ky sm?si z?sk?me . S ohledem na , m??eme ps?t

Celkov? energie termodynamick?ho syst?mu je sou?tem kinetick? energie pohybu v?ech t?les zahrnut?ch v syst?mu, potenci?ln? energie jejich vz?jemn?ho p?soben? a interakce s vn?j??mi t?lesy a energie obsa?en? v t?lesech syst?mu. Pokud od celkov? energie ode?teme kinetickou energii, kter? charakterizuje makroskopick? pohyb soustavy jako celku, a potenci?ln? energii interakce jej?ch t?les s vn?j??mi makroskopick?mi t?lesy, pak zb?vaj?c? ??st bude p?edstavovat vnit?n? energii termodynamick? soustavy. Syst?m.
Vnit?n? energie termodynamick?ho syst?mu zahrnuje energii mikroskopick?ho pohybu a interakce ??stic syst?mu, jako? i jejich intramolekul?rn? a intranukle?rn? energie.
Celkov? energie syst?mu (a n?sledn? i vnit?n? energie), stejn? jako potenci?ln? energie t?lesa v mechanice, m??e b?t ur?ena a? do libovoln? konstanty. Pokud tedy v syst?mu chyb? n?jak? makroskopick? pohyby a jeho interakce s vn?j??mi t?lesy, m??eme vz?t „makroskopick?“ slo?ky kinetick? a potenci?ln? energie rovn? nule a pova?ovat vnit?n? energii syst?mu za rovnou jeho celkov? energii. Tato situace nast?v?, kdy? je syst?m ve stavu termodynamick? rovnov?hy.
Uve?me charakteristiku stavu termodynamick? rovnov?hy - teplotu. Toto je n?zev veli?iny, kter? z?vis? na parametrech stavu, nap??klad na tlaku a objemu plynu, a je funkc? vnit?n? energie syst?mu. Tato funkce m? obvykle monot?nn? z?vislost na vnit?n? energii syst?mu, to znamen?, ?e roste s rostouc? vnit?n? energi?.
Teplota termodynamick?ch syst?m? v rovnov??n?m stavu m? n?sleduj?c? vlastnosti:
Pokud jsou dva rovnov??n? termodynamick? syst?my v tepeln?m kontaktu a maj? stejnou teplotu, pak je cel? termodynamick? syst?m ve stavu termodynamick? rovnov?hy p?i stejn? teplot?.
Pokud m? jak?koli rovnov??n? termodynamick? syst?m stejnou teplotu jako dva jin? syst?my, pak jsou tyto t?i syst?my v termodynamick? rovnov?ze p?i stejn? teplot?.
Teplota je tedy m?rou stavu termodynamick? rovnov?hy. Pro zaveden? tohoto opat?en? je vhodn? zav?st pojem p?enosu tepla.
P?enos tepla je p?enos energie z jednoho t?lesa do druh?ho bez p?enosu hmoty nebo prov?d?n? mechanick? pr?ce.
Pokud nedoch?z? k p?enosu tepla mezi t?lesy, kter? jsou mezi sebou v tepeln?m kontaktu, pak maj? t?lesa stejn? teploty a jsou mezi sebou ve stavu termodynamick? rovnov?hy.
Pokud v izolovan? soustav? sest?vaj?c? ze dvou t?les maj? tato t?lesa r?zn? teploty, pak p?enos tepla bude prob?hat tak, ?e se energie p?enese z v?ce zah??t?ho t?lesa na m?n? zah??t?. Tento proces bude pokra?ovat, dokud se teploty t?les nevyrovnaj? a izolovan? soustava dvou t?les nedos?hne stavu termodynamick? rovnov?hy.
Aby do?lo k procesu p?enosu tepla, je nutn? vytvo?it tepeln? toky, to znamen?, ?e je nutn? v?stup ze stavu tepeln? rovnov?hy. Rovnov??n? termodynamika proto nepopisuje proces p?enosu tepla, ale pouze jeho v?sledek – p?echod do nov?ho rovnov??n?ho stavu. Samotn? proces p?enosu tepla je pops?n v ?est? kapitole v?novan? fyzik?ln? kinetice.
Na z?v?r je t?eba poznamenat, ?e pokud m? jeden termodynamick? syst?m vy??? teplotu ne? jin?, pak nemus? m?t nutn? v?t?? vnit?n? energii, a to i p?es n?r?st vnit?n? energie ka?d?ho syst?mu s rostouc? jeho teplotou. Nap??klad v?t?? objem vody m??e m?t v?ce vnit?n? energie, dokonce i p?i ni??? teplot?, ne? men?? objem vody. V tomto p??pad? v?ak nedojde k p?enosu tepla (p?enosu energie) z t?lesa s v?t?? vnit?n? energi? do t?lesa s men?? vnit?n? energi?.

Pod?vejme se na vlastnosti termodynamick?ch syst?m?. Obvykle jsou ch?p?ny jako fyzik?ln? makroskopick? formy sest?vaj?c? z v?znamn?ho po?tu ??stic, kter? neznamenaj? pou?it? ka?d? jednotliv? ??stice k popisu makroskopick?ch charakteristik.

Neexistuj? ??dn? omezen? ohledn? povahy hmotn?ch ??stic, kter? jsou z?kladn?mi slo?kami takov?ch syst?m?. Mohou b?t prezentov?ny ve form? molekul, atom?, iont?, elektron?, foton?.

Zvl??tnosti

Poj?me analyzovat charakteristick? vlastnosti termodynamick?ch syst?m?. P??kladem je jak?koli objekt, kter? lze pozorovat bez pou?it? dalekohled? nebo mikroskop?. Pro ?pln? popis takov?ho syst?mu jsou vybr?ny makroskopick? detaily, d?ky kter?m je mo?n? ur?it objem, tlak, teplotu, elektrickou polarizaci, magnetickou indukci, chemick? slo?en? a hmotnost sou??st?.

Pro jak?koli termodynamick? syst?my existuj? podm?n?n? nebo skute?n? hranice, kter? je odd?luj? od prost?ed?. M?sto toho se ?asto pou??v? koncept termostatu, kter? se vyzna?uje tak vysokou tepelnou kapacitou, ?e v p??pad? v?m?ny tepla s analyzovan?m syst?mem z?st?v? ukazatel teploty nezm?n?n.

Klasifikace syst?mu

Pod?vejme se, jak? je klasifikace termodynamick?ch syst?m?. V z?vislosti na povaze jeho interakce s prost?ed?m je obvykl? rozli?ovat:

• izolovan? druhy, kter? si s vn?j??m prost?ed?m nevym??uj? ani hmotu, ani energii;
• adiabaticky izolovan?, nevym??uje hmotu s vn?j??m prost?ed?m, ale vstupuje do v?m?ny pr?ce nebo energie;
• V uzav?en?ch termodynamick?ch syst?mech nedoch?z? k v?m?n? hmoty, jsou povoleny pouze zm?ny energetick? hodnoty;
• otev?en? syst?my se vyzna?uj? ?pln?m p?enosem energie a hmoty;
• ??ste?n? otev?en? mohou m?t polopropustn? p?ep??ky, a proto se pln? ne??astn? v?m?ny materi?lu.

V z?vislosti na popisu lze parametry termodynamick?ho syst?mu rozd?lit na komplexn? a jednoduch? mo?nosti.

Vlastnosti jednoduch?ch syst?m?

Jednoduch? syst?my se naz?vaj? rovnov??n? stavy, jejich? fyzik?ln? stav lze ur?it specifick?m objemem, teplotou a tlakem. P??klady termodynamick?ch syst?m? tohoto typu jsou izotropn? t?lesa, kter? maj? stejn? charakteristiky v r?zn?ch sm?rech a bodech. Kapaliny, plynn? l?tky, pevn? l?tky, kter? jsou ve stavu termodynamick? rovnov?hy, tedy nejsou vystaveny elektromagnetick?m a gravita?n?m sil?m, povrchov?mu nap?t? a chemick?m p?em?n?m. Anal?za jednoduch?ch t?les je v termodynamice uzn?v?na jako d?le?it? a relevantn? z praktick?ho i teoretick?ho hlediska.

Vnit?n? energie termodynamick?ho syst?mu tohoto typu je spojena s okoln?m sv?tem. P?i popisu se pou??v? po?et ??stic a hmotnost l?tky ka?d? jednotliv? slo?ky.

Komplexn? syst?my

Komplexn? termodynamick? syst?my zahrnuj? termodynamick? syst?my, kter? nespadaj? pod jednoduch? typy. Jsou to nap??klad magnety, dielektrika, pevn? elastick? t?lesa, supravodi?e, f?zov? rozhran?, tepeln? z??en? a elektrochemick? syst?my. Jako parametry pou??van? k jejich popisu si v?imneme pru?nosti pru?iny nebo ty?e, f?zov? rozhran? a tepeln? z??en?.

Fyzik?ln? syst?m je soubor, ve kter?m nedoch?z? k chemick? interakci mezi l?tkami v mez?ch teploty a tlaku vybran?ch pro v?zkum. A chemick? syst?my jsou ty mo?nosti, kter? zahrnuj? interakci mezi jeho jednotliv?mi slo?kami.

Vnit?n? energie termodynamick?ho syst?mu z?vis? na jeho izolaci od vn?j??ho sv?ta. Nap??klad jako variantu adiabatick?ho pl??t? si lze p?edstavit Dewarovu ba?ku. Homogenn? charakter se projevuje v syst?mu, ve kter?m maj? v?echny slo?ky podobn? vlastnosti. P??kladem jsou plynn?, pevn? a kapaln? roztoky. Typick?m p??kladem plynn? homogenn? f?ze je zemsk? atmosf?ra.

Vlastnosti termodynamiky

Tato ??st v?dy se zab?v? studiem z?kladn?ch vzorc? proces?, kter? jsou spojeny s uvol?ov?n?m a vst?eb?v?n?m energie. Chemick? termodynamika zahrnuje studium vz?jemn?ch p?em?n jednotliv?ch ??st? syst?mu, stanoven? vzorc? p?echodu jednoho druhu energie na jin? za dan?ch podm?nek (tlak, teplota, objem).

Syst?m, kter? je objektem termodynamick?ho v?zkumu, m??e b?t reprezentov?n ve form? jak?hokoli p??rodn?ho objektu, v?etn? velk?ho mno?stv? molekul, kter? jsou odd?leny rozhran?m s jin?mi re?ln?mi objekty. Stavem syst?mu se rozum? souhrn jeho vlastnost?, kter? jej umo??uj? ur?it z hlediska termodynamiky.

Z?v?r

V ka?d?m syst?mu je pozorov?n p?echod z jednoho typu energie na jin? a je ustavena termodynamick? rovnov?ha. Zvl??tn? v?znam m? ??st fyziky, kter? se zab?v? podrobn?m studiem p?em?n, zm?n a zachov?n? energie. Nap??klad v chemick? kinetice je mo?n? nejen popsat stav syst?mu, ale tak? vypo??tat podm?nky, kter? p?isp?vaj? k jeho posunut? po?adovan?m sm?rem.

Hess?v z?kon, kter? d?v? do souvislosti entalpii a entropii uva?ovan? transformace, umo??uje identifikovat mo?nost spont?nn? reakce a vypo??tat mno?stv? tepla uvoln?n?ho (absorbovan?ho) termodynamick?m syst?mem.

Praktick? v?znam m? termochemie, zalo?en? na z?kladech termodynamiky. D?ky tomuto ?seku chemie se ve v?rob? prov?d?j? p?edb??n? v?po?ty palivov? ??innosti a proveditelnosti zaveden? ur?it?ch technologi? do skute?n? v?roby. Informace z?skan? z termodynamiky umo??uj? aplikovat jevy elasticity, termoelektriky, viskozity a magnetizace pro pr?myslovou v?robu r?zn?ch materi?l?.

Strana 1

Termodynamick? syst?m, stejn? jako jak?koli jin? fyzik?ln? syst?m, m? ur?it? mno?stv? energie, kter? se obvykle naz?v? vnit?n? energie syst?mu.

Termodynamick? syst?m se naz?v? izolovan?, pokud si nem??e vym??ovat energii ani hmotu s vn?j??m prost?ed?m. P??kladem takov?ho syst?mu je plyn uzav?en? v n?dob? o konstantn?m objemu. Termodynamick? syst?m se naz?v? adiabatick?, pokud si nem??e vym??ovat energii s jin?mi syst?my v?m?nou tepla.

Termodynamick? syst?m je soubor t?les, kter? si do t? ?i on? m?ry mohou vym??ovat energii a hmotu mezi sebou a prost?ed?m.

Termodynamick? syst?my se d?l? na uzav?en?, kter? nevym??uj? hmotu s jin?mi syst?my, a otev?en?, kter? s jin?mi syst?my vym??uj? hmotu a energii. V p??padech, kdy si syst?m nevym??uje energii a hmotu s jin?mi syst?my, se naz?v? izolovan?, a kdy? nedoch?z? k v?m?n? tepla, syst?m se naz?v? adiabatick?.

Termodynamick? syst?my se mohou skl?dat ze sm?s? ?ist?ch l?tek. Sm?s (roztok) se naz?v? homogenn?, kdy? chemick? slo?en? a fyzik?ln? vlastnosti v jak?chkoli mal?ch ??stic?ch jsou stejn? nebo se plynule m?n? z jednoho bodu syst?mu do druh?ho. Hustota, tlak a teplota homogenn? sm?si jsou v ka?d?m bod? toto?n?. P??kladem homogenn?ho syst?mu je ur?it? objem vody, jej?? chemick? slo?en? je stejn?, ale fyzik?ln? vlastnosti se v jednotliv?ch bodech li??.

Termodynamick? syst?m s ur?it?m kvantitativn?m pom?rem slo?ek se naz?v? jedin? fyzik?ln?-chemick? syst?m.

Termodynamick? syst?my (makroskopick? t?lesa) maj? spolu s mechanickou energi? E tak? vnit?n? energii U, kter? z?vis? na teplot?, objemu, tlaku a dal??ch termodynamick?ch parametrech.

Termodynamick? syst?m se naz?v? neizolovan? nebo otev?en?, pokud m??e p?ij?mat nebo vyd?vat teplo do okol? a produkovat pr?ci a vn?j?? prost?ed? m??e vykon?vat pr?ci na syst?mu. Syst?m je izolovan? nebo uzav?en?, pokud si nevym??uje teplo s okol?m a zm?na tlaku uvnit? syst?mu neovliv?uje prost?ed? a to nem??e na syst?mu pracovat.

Termodynamick? syst?my se skl?daj? ze statisticky velk?ho po?tu ??stic.

Za ur?it?ch vn?j??ch podm?nek se termodynamick? syst?m (nebo izolovan? syst?m) dost?v? do stavu charakterizovan?ho st?lost? jeho parametr? v ?ase a absenc? tok? hmoty a tepla v syst?mu. Tento stav syst?mu se naz?v? rovnov??n? nebo rovnov??n? stav. Syst?m nem??e samovoln? opustit tento stav. Stav syst?mu, ve kter?m nen? rovnov?ha, se naz?v? nerovnov?ha. Proces postupn?ho p?echodu syst?mu z nerovnov??n?ho stavu zp?soben?ho vn?j??mi vlivy do rovnov??n?ho stavu se naz?v? relaxace a doba, za kterou se syst?m vr?t? do rovnov??n?ho stavu, se naz?v? relaxa?n? ?as.

V tomto p??pad? termodynamick? syst?m prov?d? expanzn? pr?ci sn??en?m vnit?n? energie syst?mu.

Termodynamick? syst?m je p?edm?tem studia v termodynamice a je souborem t?les, kter? energeticky interaguj? mezi sebou a prost?ed?m a vym??uj? si s n?m hmotu.

Termodynamick? syst?m, ponechan? s?m sob? za st?l?ch vn?j??ch podm?nek, se dost?v? do stavu rovnov?hy, kter? se vyzna?uje st?lost? v?ech parametr? a absenc? makroskopick?ch pohyb?. Tento stav soustavy se naz?v? stav termodynamick? rovnov?hy.

Termodynamick? syst?m je charakterizov?n kone?n?m po?tem nez?visl?ch prom?nn?ch - makroskopick?ch veli?in naz?van?ch termodynamick? parametry. Jedn?m z nez?visl?ch makroskopick?ch parametr? termodynamick?ho syst?mu, kter? jej odli?uje od mechanick?ho, je teplota jako m?ra intenzity tepeln?ho pohybu. T?lesn? teplota se m??e m?nit v d?sledku v?m?ny tepla s okol?m a p?soben?m zdroj? tepla a v d?sledku samotn?ho deforma?n?ho procesu. Vztah mezi deformac? a teplotou je stanoven pomoc? termodynamiky.

Termodynamick? syst?m- jedn? se o ??st hmotn?ho sv?ta, odd?lenou od okol? re?ln?mi nebo imagin?rn?mi hranicemi a je p?edm?tem studia termodynamiky. Prost?ed? je objemov? mnohem v?t??, a proto jsou zm?ny v n?m nev?znamn? ve srovn?n? se zm?nami stavu syst?mu. Na rozd?l od mechanick?ch syst?m?, kter? se skl?daj? z jednoho nebo v?ce t?les, termodynamick? syst?m obsahuje velmi velk? mno?stv? ??stic, co? d?v? vzniknout zcela nov?m vlastnostem a vy?aduje r?zn? p??stupy k popisu stavu a chov?n? takov?ch syst?m?. Termodynamick? syst?m je makroskopick? objekt.

Klasifikace termodynamick?ch syst?m?

1. Podle slo?en?

Termodynamick? syst?m se skl?d? z komponent. Komponent - je l?tka, kter? m??e b?t izolov?na ze syst?mu a existuje mimo n?j, tzn. slo?ky jsou nez?visl? l?tky.

Jednoslo?kov?.

Dvouslo?kov? nebo bin?rn?.

T??slo?kov? - trojit?.

V?ceslo?kov?.

2. Podle f?zov?ho slo?en?– homogenn? a heterogenn?

Homogenn? syst?my maj? stejn? makroskopick? vlastnosti v libovoln?m bod? syst?mu, p?edev??m teplotu, tlak, koncentraci, ale i mnoh? dal??, nap?. index lomu, dielektrickou konstantu, krystalovou strukturu atd. Homogenn? syst?my se skl?daj? z jedin? f?ze.

F?ze je homogenn? ??st syst?mu, odd?len? od ostatn?ch f?z? rozhran?m a charakterizovan? vlastn? stavovou rovnic?. F?ze a stav agregace se p?ekr?vaj?, ale nejsou toto?n?. Existuj? pouze 4 stavy agregace, m??e b?t mnohem v?ce f?z?.

Heterogenn? syst?my se skl?daj? minim?ln? ze dvou f?z?.

3. Podle typu vztahu k okol?(podle mo?nost? sm?ny s okol?m).

Izolovan? syst?m si nevym??uje energii ani hmotu s okol?m. Jedn? se o idealizovan? syst?m, kter? v z?sad? nelze experiment?ln? studovat.

ZAV?ENO syst?m si m??e vym??ovat energii s okol?m, ale nevym??uje hmotu.

OTEV?ENO syst?m vym??uje energii i hmotu

Stav TDS

Stav TDS je souhrn v?ech jeho m??iteln?ch makroskopick?ch vlastnost?, kter? proto maj? kvantitativn? vyj?d?en?. Makroskopick? povaha vlastnost? znamen?, ?e je lze p?ipsat pouze syst?mu jako celku, a nikoli jednotliv?m ??stic?m, kter? tvo?? bl?zkou bin?rn? strukturu (T, p, V, c, U, n k). Kvantitativn? charakteristiky st?tu jsou vz?jemn? propojeny. Proto existuje minim?ln? soubor charakteristik syst?mu tzv parametry , jeho? specifikace n?m umo??uje pln? popsat vlastnosti syst?mu. Po?et t?chto parametr? z?vis? na typu syst?mu. V nejjednodu???m p??pad? pro uzav?en? homogenn? plynov? syst?m ve stavu rovnov?hy sta?? nastavit pouze 2 parametry. U otev?en?ho syst?mu je krom? t?chto 2 charakteristik syst?mu nutn? specifikovat po?et mol? ka?d? slo?ky.

Termodynamick? prom?nn? se d?l? na:

- extern?, kter? jsou ur?eny vlastnostmi a sou?adnicemi syst?mu v prost?ed? a z?vis? na kontaktech syst?mu s okol?m, nap?. hmotnost a po?et sou??st?, intenzita elektrick?ho pole, po?et takov?ch prom?nn?ch je omezen;

- vnit?n?, kter? charakterizuj? vlastnosti syst?mu, nap??klad hustotu, vnit?n? energii, po?et takov?ch parametr? je neomezen?;

- rozs?hl?, kter? jsou p??mo ?m?rn? hmotnosti syst?mu nebo po?tu ??stic, nap??klad objem, energie, entropie, tepeln? kapacita;

-intenzivn?, kter? nez?vis? na hmotnosti syst?mu, nap??klad na teplot?, tlaku.

Parametry TDS spolu souvis? vztahem tzv stav rovnice syst?my. Celkov? pohled na to F(p,V , T)= 0. Jedn?m z nejd?le?it?j??ch ?kol? FH je naj?t stavovou rovnici libovoln?ho syst?mu. Dosud je p?esn? stavov? rovnice zn?ma pouze pro ide?ln? plyny (rovnice Clapeyron-Mend?lejev).

pV = nRT, ( 1.1)

Kde R– univerz?ln? plynov? konstanta = 8,314 J/(mol.K).

[p] = Pa, 1 atm = 1,013 x 105 Pa = 760 mm Hg,

[V] = m3, [T] = K, [n] = mol, N = 6,02 x 1023 mol-1. Re?ln? plyny jsou touto rovnic? pops?ny pouze p?ibli?n? a ??m vy??? tlak a ni??? teplota, t?m v?t?? odchylka od t?to stavov? rovnice.

Rozli?ovat rovnov?ha A nerovnov?ze stavu TDS.

Klasick? termodynamika se obvykle omezuje na uva?ov?n? o rovnov??n?ch stavech bl?zk?ch bin?rn?ch syst?m?. Rovnov?ha - to je stav, do kter?ho TDS spont?nn? p?ich?z?, a ve kter?m m??e existovat neomezen? dlouho bez vn?j??ch vliv?. K ur?en? rovnov??n?ho stavu je v?dy pot?eba men?? po?et parametr? ne? u nerovnov??n?ch syst?m?.

Rovnov??n? stav se d?l? na:

- udr?iteln?ho(stabiln?) stav, ve kter?m jak?koli nekone?n? mal? dopad zp?sob? pouze nekone?n? malou zm?nu stavu, a kdy? je tento dopad eliminov?n, syst?m se vr?t? do p?vodn?ho stavu;

- metastabiln? stav, kdy n?kter? kone?n? vlivy zp?sob? kone?n? zm?ny stavu, kter? po odstran?n? t?chto vliv? nezmiz?.

Naz?v? se zm?na stavu TDS spojen? se zm?nou alespo? jedn? z jeho termodynamick?ch prom?nn?ch termodynamick? proces. Zvl??tnost? popisu termodynamick?ch proces? je, ?e jsou charakterizov?ny nikoli rychlost? zm?n vlastnost?, ale velikost? zm?n. Proces v termodynamice je sled stav? syst?mu vedouc? od po??te?n? sady termodynamick?ch parametr? ke kone?n?mu. Rozli?uj? se n?sleduj?c? termodynamick? procesy:

- spont?nn?, na jeho? realizaci nepot?ebujete vynakl?dat energii;

- nespont?nn?, vyskytuj?c? se pouze p?i vynalo?en? energie;

- nevratn?(nebo nerovnov??n?) - kdy v d?sledku procesu nen? mo?n? vr?tit syst?m do p?vodn?ho stavu.

-reverzibiln? - jedn? se o idealizovan? procesy, kter? proch?zej? vp?ed a vzad stejn?mi mezistavy a po dokon?en? cyklu nejsou pozorov?ny ??dn? zm?ny ani v syst?mu, ani v prost?ed?.

Stavov? funkce– to jsou charakteristiky syst?mu, kter? z?vis? pouze na parametrech stavu, ale nez?vis? na zp?sobu jeho dosa?en?.

Stavov? funkce se vyzna?uj? n?sleduj?c?mi vlastnostmi:

Infinitezim?ln? zm?na funkce F je tot?ln? diferenci?l df;

Zm?na funkce p?i p?echodu ze stavu 1 do stavu 2 je ur?ena pouze t?mito stavy ? df = f 2 – f 1

V d?sledku jak?hokoli cyklick?ho procesu se stavov? funkce nem?n?, tzn. rovna nule.

Teplo a pr?ce– zp?soby v?m?ny energie mezi RDS a ?ivotn?m prost?ed?m. Teplo a pr?ce jsou charakteristiky procesu, nejsou funkcemi stavu.

Pr?ce- forma v?m?ny energie na makroskopick? ?rovni, kdy? doch?z? k ??zen?mu pohybu p?edm?tu. Pr?ce je pova?ov?na za pozitivn?, pokud ji syst?m vykon?v? proti vn?j??m sil?m.

Teplo– forma v?m?ny energie na mikroskopick? ?rovni, tzn. v podob? zm?ny chaotick?ho pohybu molekul. Obecn? se uzn?v?, ?e teplo p?ijat? syst?mem a pr?ce na n?m proveden? jsou kladn?, tzn. funguje „egoistick? princip“. .

Nej?ast?ji pou??van?mi jednotkami energie a pr?ce, zejm?na v termodynamice, jsou joule SI (J) a nesyst?mov? jednotka kalorie (1 cal = 4,18 J).

V z?vislosti na povaze objektu se rozli?uj? r?zn? typy pr?ce:

1. Mechanick? - pohyb t?la

dA ko?e?ina = - F ex dl.(2.1)

Pr?ce je skal?rn? sou?in 2 vektor? s?ly a posunut?, tzn.

|dA ko?e?ina | = F dl cosa. Pokud je sm?r vn?j?? s?ly opa?n? ne? pohyb vnit?n?ch sil, pak cosa < 0.

2. Provoz roz???en? (nej?ast?ji se uva?uje o expanzi plynu)

dA = - p dV (1.7)

Je v?ak t?eba m?t na pam?ti, ?e tento v?raz plat? pouze pro reverzibiln? proces.

3. Elektrick? – pohyb elektrick?ch n?boj?

dA el = -jdq,(2.2)

Kde j- elektrick? potenci?l.

4. Povrchn? - zm?na povrchu,

dA povrch = -sdS,(2.3)

Kde s- povrchov? nap?t?.

5. Obecn? v?raz pro pr?ci

dA = - Ydx,(2.4)

Y- generalizovan? s?la, dx- zobecn?n? sou?adnice, tak?e pr?ci lze pova?ovat za sou?in intenzivn?ho faktoru a zm?ny extenzivn?ho faktoru.

6. Volaj? se v?echny druhy prac? krom? roz?i?ovac?ch prac? u?ite?n? pr?ce (dA'). dA = рdV + dА’ (2,5)

7. Analogicky m??eme zav?st koncept chemik?lie pracovat p?i sm?rov?m pohybu k- chemick? l?tka, n k– extenzivn? vlastnost, zat?mco intenzivn? parametr m k tzv. chemick? potenci?l k-t? l?tka

dA chemik?lie = -Sm k dn k. (2.6)

Termodynamick? syst?m je proces nebo m?dium, kter? se pou??v? p?i anal?ze p?enosu energie. Termodynamick? syst?m- je jak?koli z?na nebo prostor ohrani?en? skute?n?mi nebo imagin?rn?mi hranicemi vybran?mi pro anal?zu energie a jej? p?em?ny. Jeho hranice mohou b?t bez hnut? nebo mobiln?, pohybliv?.

Plyn v kovov? n?dob? je p??kladem syst?mu s pevn?mi hranicemi. Pokud je nutn? analyzovat plyn v l?hvi, jsou st?ny n?doby pevn? hranice. Pokud chcete analyzovat vzduch v bal?nu, povrch bal?nu je pohybliv? hranice. Pokud oh??v?te vzduch v bal?nu, pru?n? st?ny bal?nu se natahuj? a hranice syst?mu se m?n?, jak se plyn rozp?n?.

Prostor soused?c? s hranic? se naz?v? prost?ed?. Ka?d? m? termodynamick? syst?my existuje prost?ed?, kter? m??e b?t zdrojem nebo jej odeb?rat. Prost?ed? m??e tak? pracovat na syst?mu nebo za??t provoz syst?mu.

Syst?my mohou b?t velk? nebo mal?, v z?vislosti na hranic?ch. Syst?m m??e nap??klad pokr?vat cel? chladic? syst?m nebo plyn v jednom z v?lc? kompresoru. M??e existovat ve vakuu nebo m??e obsahovat n?kolik f?z? jedn? nebo v?ce l?tek. Skute?n? syst?my proto mohou obsahovat such? vzduch a (dv? l?tky) nebo vodu a vodn? p?ra(dv? stupn? t??e l?tky). Homogenn? syst?m se skl?d? z jedn? l?tky, jedn? z jej?ch f?z? nebo homogenn? sm?si v?ce slo?ek.

Existuj? syst?my ZAV?ENO nebo OTEV?ENO. V uzav?en?m p?ekra?uje jeho hranice pouze energie. V d?sledku toho se teplo m??e pohybovat p?es hranice uzav?en?ho syst?mu do prost?ed? nebo z prost?ed? do syst?mu.

V otev?en?m syst?mu se energie i hmota mohou p?en??et ze syst?mu do m?dia a zp?t. P?i anal?ze ?erpadel a v?m?n?k? tepla je nezbytn? otev?en? syst?m, proto?e tekutiny mus? b?hem anal?zy p?ekra?ovat hranice. Pokud je hmotnostn? tok otev?en?ho syst?mu stabiln? a rovnom?rn?, pak se naz?v? otev?en? syst?m s konstantn?m pr?tokem. Hmotnostn? tok ukazuje, zda je otev?en? nebo zav?en?.

St?t termodynamick? syst?m ur?eno fyzik?ln?mi vlastnostmi l?tky. Teplota, tlak, objem, vnit?n? energie a entropie jsou vlastnosti, kter? ur?uj? stav, ve kter?m l?tka existuje. Vzhledem k tomu, ?e stav syst?mu je stavem rovnov?hy, lze jej ur?it pouze tehdy, kdy? jsou vlastnosti syst?mu stabilizovan? a ji? se nem?n?.

Jin?mi slovy, stav syst?mu lze popsat, kdy? je v rovnov?ze se sv?m okol?m.