Termodünaamika tunnikonspekt (1)

http://www.abiks.pri.ee
IDEAALSE GAASI OLEKUVÕRRAND
Termodünaamika on füüsika osa, mis käsitleb makroskoopiliste süsteemide füüsikalisi omadusi ja nende seost energia võimalike muundumistega, arvetamata süsteemide mikroskoopilist ehitust.
Isotermiline – Boyle-Mariotte’i seadus: jääval temperatuuril kulgevas tasakaaluprotsessis on antud gaasimassi rõhk pöördvõrdeline ruumalaga
Isobaariline – Gay-Lussaci seadus: Jääval rõhul on antud gaasikoguse ruumala võrdeline gaasi absoluutse temperatuuriga
Isobaariline – Charles’i seadus: jääva ruumala juures on antud gaasimassi rõhk võrdeline gaasi absoluutse temperatuuriga
Clapeyroni s: antud gaasikoguse rõhu ja ruumala korrutis jagatud avsoluutse temperatuuriga on jääv suurus
Moolides avaldatud, mistahes aine hulga korral omandab Clapeyroni võrrand kuju pV=nRT  (Mendelejevi-Clapeyroni võrrand)
 
SISEENERGJA JA SELLE MUUTMISE VIISID. TD I.
TDI – energia jäävuse seadus, mis seob siseenergia töö ja soojushulga
Kõikidest siseenergia liikidest muutub soojusnähtustes vaid molekulide kineetiline ja nende vastastikmõju potensiaalne energia
Siseenergia – keha koostisosakeste ja väljade vastastikmõju ning osakeste liikumise energia summat nim siseenergiaks   U=3/2m/MRT (üheaatomilise ideaalse gaasi siseenergia)
Soojushulgaks nim siseenergia hulka, mis kandub soojusvahetuse teel ühelt kehalt teisele. Soojushulka arvutatakse valemiga Q=cm..t
Kui keha pannakse liikuma talle rakendatud jõu mõjul, siis tehakse meh. tööd A=Fs cosa
Tööd võib teha mistahes keha, näiteks gaas mis mõjudes jõuga kolvile paneb selle silindris liikuma A=Fs=pSs=p..V (gaasi töö isobaarilise protsessi valem)’
TDI – süsteemile ülekandunud soojushulga arvel suureneb selle siseenergia ja süsteem teeb mehaanilist tööd Q=..U+A
TDI – süsteemi siseenergia muut selle üleminekul ühest olekust teise võrdub välisjõudude töö ja süsteemile antud soojushulga summaga ..U=A1+Q
 
SOOJUSMASIN
Soojusmasinaks nim perioodiliselt töötavat masinat, mis muudab siseenergiat mehaaniliseks energiaks
Soojendi T1
          Q1
Töötav keha >>> kasulik töö A=Q1-|Q2|
          Q2
Jahuti T2
Töötav keha gaas läheb olekust M olekusse N ja teeb positiivse töö A1=kmcnl. Tagasi algolekusse toomisel on gaasi töö negatiivne A2=kmdnl. Ringprotsessis tehakse kogutöö A=A1-A2, mille suurust kujutab graafikute vaheline pindala
Soojusmasin saab töö käigus soojendilt soojushulga Q1 ja annab ära soojusjahutile soojushulga Q2 tehtud töö A=Q1-Q2
Soojusmasina kasuteguriks nim soojusmasina poolt tehtud töö ja soojendilt võetud soojushulga suhet ŋ=A/Q1
Soojusmasina maksimaalse kasuteguri valemi tuletas prantsuse inseneer Carnot 1824 ideaalse gaasiga töötava masina kohta ŋm=(T1-T2)/T1
Carnot tõestas, et reaalsete masinate kasut ei saa olla ideaalse masina kasut suurem
Soojusmasin on seda efektiivsem, mida kõrgem on T1 ja mida madalam on T2
 
TERMODÜNAAMIKA II PRINTSIIP. ENTROOPIA
TDI – soojus ei saa iseenesest üle kanduda külmemalt kehalt soojemale kehale.
Suletud süsteem püüab üle minna korrastatud olekust mittekorrastatule
Loodus püüab üle minna vähem tõenäolisemale olekule
N: kuuma ja külma vee segamisel on tulemuseks leige vesi. Iseenesest ei teki aga leigest veest kunagi külma ja kuuma vett eraldi
Õhupall jookseb alati tühjaks, mitte et õhk täidaks õhupalli iseenesest
Korratus tekib iseenesest, kord aga mitte
Entroopia –
a) suurus, mis iseloomustab energia kvaliteeti (mida kõrgem kvaliteet seda madalam entroopia)
b) iseloomustab TD süsteemi kaugust tasakaalulisest ja tasakaalutust (mida tasakaalulisem, seda suurem entroopia)
c)iseloomustab mikrokäsitluses süsteemi osakeste jaotuse ühtlust
Suletud süsteemis soojusliku protsessi tulemusena entroopia kasvab ..S=..Q/T
 
GAASI MOLEKULAARKINEETILISE TEOORIA PÕHIVÕRRAND
Võrrandi tuletamisel vaadeldakse molekulide absoluutselt elastseid põrkeid vastu seina
Liikumishulga (impulsi) muut ..(mv)=mv-(-mv)=2mv
Newtoni II seadusest ..(mv)=F1..t, kus F1 – jõud millega molekul mõjutab seina
F1=..(mv)/..t=2mv/..t
Molekulide poolt seinale avaldatav rõhk. Kui seinale põrkub N molekuli siis F=NF1 ja rõhk p=F/S=NF1/S=2Nmv/S..t (*)
Molekulide arv ruumalaühikus e konsentratsioon n=No/V
Seinale S sattuvaid molekule on N=1/6No=1/6nV=1/6nv..tS (V=v..tS)
Asendame valemisse (*)
P=2Nmv/S..t=2nv..tSmv/6..tS=1/3nmv2
Molekulaarkineetilise teooria põhivõrrand p=2/3nmv2/2=2/3nE
Ideaalse gaasi rõhk on võrdeline ühikulises ruumalas olevate molekulide kulgliikumise keskmise kineetilise energiaga
 
GAASI MOLEKULIDE KIIRUSED. STERNI KATSE.
Gaasis antud temperatuuril on alati erineva kiirusega liikuvaid molekule
Kui molekulide koguarv N ja teatud kiirustevahemikus ..v liikuvate molekulide arv ..N. Suhe ..N/..v, so ühikulisse kiirusevahemikku kuuluvate molekulide arv
1)Temp tõstmisel nihkub jaotuskõvera maksimum paremale, st kiirus suureneb
2)Temp tõstmisel väheneb väga väikese ja väga suure kiirusega liikuvate molekulide arv
3)Et N ei muutu, jääb kõigi kõverate ja abstsisstelje vaheline pindala samaks
Sterni katse:  ω=0 Anum täitub aurustunud hõbeda aatomitega. Osa aatomeid lendub läbi pilu C ja sadestub punkti A ümbrusesse
ω>0 selgu, et nüüd hõbeda molekulid sadestuvad punkti B ümbruses
See tõestab, et kõik hõbeda molekulid ei liigu ühe ja sama kiirusega
AC=r; AB=l; AO=R molekul kiirusega v läbib kauguse t=r/v, selle ajaga on punkt A liikunud joonkiirusega ωR ja läbinud kaare pikkuse l >> t=l/ωR >> r/v= l/ωR >> v=ωRr/l
 
ÜLEKANDENÄHTUSED GAASIDES
Difusiooniks nim molekulide kaootilise liikumise tõttu toimuvat ainete segunemist (gaasides, vedelikes , tahkistes) N: lõhnaõli lõhn levib ühest toanurgast teise
Soojusjuhtivuseks nim soojusülekannet makroskoopiliselt paigalseisvas kohas ///soojuse levik keskkonnas kõrgema temperatuuriga piirkonnast madalama temp piirkonda (gaasides, vedelikes, tahkistes) N: defektse termospudelisse sooja vett valades tunneme mõne aja pärast termose väliskesta soojenemist.
Sisehõõrdeks nim molekulide vastastikmõjust tingitud takistust aine eri makroskoopilisele liikumisele /// keskkonnas liikuvale kehale mõjuv takistusjõud. See võimaldab gaasis või vedelikus ühe keha teise abil liikuma panna ilma nende vahetu kontaktita N: kui panna papist ketas õhus pöörlema ja riputada selle kohale u 1 cm kõrgusele teine ketas, siis märkame, et pöörlev ketas paneb õhu kaudu pöörlema ka teise ketta.