Termodünaamika lühikonspekt (0)

Termodünaamika lühikonspekt
Soojusjuhtivuse põhiseadus:
Mida rohkem temperatuur mingis suunas muutub ,seda rohkem soojus selles suunas levib. Difusiooniks nimetatakse mingit tüüpi osakeste liikumist sealt, kus neid on palju, ära sinna, kus neid on vähem (kontsentratsiooni vähenemise suunas).
Termodünaamika (TD) uurib soojusnähtusi, tundmata huvi nende põhjuse vastu mikrotasemel. Ta uurib eelkõige tingimusi, millel soojus võib minna ühelt kehalt teisele. Kaks keha (ainekogust) on termodünaamilises tasakaalus, kui soojus ühelt teisele ei lähe ( ehkki võiks minna). Kui kaks keha on TD tasakaalus, siis on neil sama temperatuur.
Soojusmasin on seade, mis muundab soojust tööks. Soojusmasin võtab kuumalt kehalt (soojendilt) soojushulga Q1 , muudab osa sellest mehaaniliseks tööks A ning annab ülejäänud osa Q2 ära külmemale kehale (jahutile). Soojusmasina kasutegur = A / Q1 = (Q1 - Q2) / Q1 .
Carnot ' tsükkel (ringprotsess) koosneb kahest isotermist ja kahest adiabaadist. Carnot' tsüklil töötava soojusmasina korral paisub töötav aine algul isotermiliselt, võttes soojendilt soojushulga Q1 . Seejärel paisub ta varem omandatud siseenergia arvel veel adiabaatiliselt (tema temperatuur langeb) . Järgneb töötava aine isotermiline kokkutõmbumine, mille käigus ta annab soojushulga Q2 ära jahutile. Lõpuks surub välisjõud ainet ka adiabaatiliselt kokku, taastades siseenergia ning tõstes temperatuuri esialgsele tasemele . Carnot' soojusmasina kasutegur = (T1- T2) / T1, kus T1 ja T2 on vastavalt soojendi ja jahuti temperatuurid.
Keha või ainekoguse (TD süsteemi) siseenergia U saame, lahutades koguenergiast süsteemi kui terviku mehaanilise energia. U = Ekogu - Emeh . Aine siseenergia on tema osakeste summaarne energia nende vastastikusel liikumisel ja mõjustusel. Ideaalgaasi siseenergia on võrdeline tema temperatuuriga: U = c T, kus c on konstant. Termodünaamika I printsiip : aine mingile kogusele antud soojushulk Q (või: olemasoleva soojushulga Q muutus Q ) põhjustab siseenergia kasvu U ja võimaldab paisumisel teha tööd A . Q = U + A . TD I printsiip on oma olemuselt energia jäävuse seadus. Ta väidab näiteks, et kui me soojust juurde ei anna (adiabaatiline protsess, Q = 0), siis on töö tegemine võimalik vaid siseenergia kahanemise arvelt. Töö tegemiseks peab kulutama energiat (kas soojust või siseenergiat). Seetõttu ei ole võimalik perpetuum mobile –soojusmasin, mis teeks igavesti tööd, ilma, et energiat juurde enam saaks
Termodünaamika II printsiip: soojust ei ole kunagi võimalik muuta täielikult tööks.
1. Clausiuse järgi: Soojus ei saa minna külmemalt kehalt soojemale, ilma et välisjõud seejuures tööd teeks. Soojus ei saa iseenesest minna külmemalt kehalt soojemale.
2. Thomsoni järgi: Ei ole võimalik luua perioodiliselt töötavat soojusmasinat, mille tööga ei kaasneks muutusi ümbritsevates kehades. Selline masin (II liiki perpetuum mobile) on võimatu TD II printsiipi nimetatakse ka entroopia kasvu seaduseks. Teda võib sõnastada ka nii: välisjõudude puudumisel võib mistahes süsteemi entroopia ainult kasvada (piirjuhul - olla konstantne ).
Entroopia S kirjeldab energia pöördumatut hajumist soojusnähtustel.( Entroopia iseloomustab energia kvaliteeti. Kui põletame kütused ära, entroopia kasvab-kvaliteetne energia on muutunud mittekvaliteetseks, so.soojuseks) Entroopia nulltase on meelevaldne, oluline on vaid muutus. Entroopia ühikuks on J/K. Entroopia on süsteemi korrastamatuse (korralageduse) mõõt. Süsteemile mingi soojushulga andmine suurendab alati süsteemi kuuluvate osakeste liikumise või paigutuse kaootilisust ( entroopiat ). Inimtegevus suurendab Maa entroopiat.
Termodünaamika põhivõrrand U = T S - p V on sisuliselt TD I printsiip. Ta väidab, et entroopia kasvuga kaasneb süsteemi siseenergia kasv, süsteemi paisumine viib aga siseenergia kahanemisele .
TD printsiipide lühisõnastused:
TD I : Te ei saa võita. Ei saa teha tööd, kulutamata energiat.
TD II : Te ei saa viiki mängida. Ei saa muuta kogu (soojus)energiat tööks. Osa läheb kaotsi.
Murphy täiendus: Te ei saa sellest mängust väljuda.