Termodinamika. Belső energia

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Termodinamika. Belső energia"

Alíz Molnár
8 évvel ezelőtt
Látták:

1 Termodinamika Belső energia Egy rendszer belső energiáját az alkotó részecskék mozgási energiájának és a részecskék közötti kölcsönhatásból származó potenciális energiák teljes összegeként határozhatjuk meg. A jele E b, mértékegysége a J (joule).

közötti kölcsönhatásból származó potenciális energiák teljes

2 Termikus kölcsönhatás Ha két különböző hőmérsékletű test érintkezik, akkor hőmérsékletkiegyenlítődés történik. A melegebb test hőt ad le, a hidegebb pedig hőt vesz fel. (Korábban egy un. hőanyag cseréjét feltételezték.)

3 A belső energia kiszámítása Szabadsági fok: Egy test szabadsági fokainak száma azonos azon független koordináták minimális számával, melyekkel a test helyzete egy vonatkoztatási rendszerhez képest bármely pillanatban leírható.

koordináták minimális számával, melyekkel a test

4 Szabadsági fokok (f) száma Egyatomos gázok (nemesgázok) esetén f = 3, amely a haladó mozgásból származik. Kétatomos gázoknál (pl. O 2 ) f = 5, amelyből 3 a haladó mozgásból, 2 pedig a forgómozgásból következik. Három vagy többatomos gázok esetén f = 6, amelyből 3 a haladó mozgásból, 3 pedig a forgómozgásból származik.

O 2 ) f = 5, amelyből 3 a haladó mozgásból, 2 pedig a forgómozgásból következik.

5 Ha az adott részecskének f szabadsági foka van, akkor energiája átlagosan ε = f k T. 2 A rendszer azonos részecskékből áll, ezt N-nel (a részecskék számával) megszorozva kapjuk a rendszer belső energiáját:

6 I. főtétel: A hőtan főtételei Egy test belső energiájának változása egyenlő a testnek hőközléssel átadott energia és a testen végzett munka összegével. II. főtétel: E b Q W A hő magától csak a melegebb helyről a hidegebbre mehet át: a természetben a spontán folyamatok iránya olyan, hogy a hőmérsékletkülönbségek kiegyenlítődnek.

főtétel: E b Q W A hő magától csak a melegebb helyről a hidegebbre mehet át: a

7 A hőtan főtételei III. főtétel: Az abszolút nulla hőmérséklet tetszőlegesen megközelíthető, de nem érhető el.

8 Hőkapacitás Egy rendszer hőkapacitása megadja, hogy mennyi hőt (Q) kell közölni a rendszerrel, hogy hőmérséklete (T) egy kelvinnel emelkedjék. Jele: C, mértékegysége: J/K. A hőmennyiség megváltozása egyenesen arányos hőmérséklet-változással. hőkapacitás Q C T a hőmennyiség megváltozása hőmérséklet - változás A hőkapacitás olyan anyagjellemző, amelynek értékét általában kísérleti úton határozzák meg.

A hőmennyiség megváltozása egyenesen arányos hőmérséklet-változással.

9 Fajhő A fajhő annak a hőnek a számértéke, amely 1 kg tömegű anyag hőmérsékletét 1 C = 1 K-kal emeli. Fajhőnek nevezzük az alábbi mennyiséget. hőkapacitás fajhő c C m Q m T tömeg Megkülönböztetünk állandó térfogaton vett fajhőt c V és állandó nyomáson vett fajhőt c p.

10 Molhő Számértékileg megadja a mólnyi mennyiségű vegyület vagy elem 1 K-al való felmelegítéséhez szükséges hőmennyiséget. Másképpen: A test mólnyi mennyiségének hőkapacitása. hőkapcítás molhő c M C n Q n T molszám

11 Q C T Mértékegységek c C m c M C n

12 Térfogati munka

13 Ha a gáz tágul ( V > 0) és a külső nyomás nem nulla, akkor a munka negatív, a belső energia csökken ( E b < 0). Ha viszont a gázt környezete összenyomja ( V < 0), akkor a végzett munka pozitív, a belső energia nő ( E b < 0). A végzett munka tehát: W = - p. V A hőelmélet I. főtétele így a következő alakban írható fel: E b Q p V

Ha viszont a gázt környezete összenyomja ( V < 0), akkor a végzett munka pozitív,

14 A gázok állapotváltozásai az I. főtétel alapján Izotermikus állapotváltozás során a gázzal közölt hőmennyiség (Q) teljes egészében a környezetnek adódik át mechanikai munkavégzés (W) formájában, illetve a gázon végzett mechanikai munka számértéke megegyezik azzal a hőmennyiséggel, amelyet a gáz az állapotváltozás során a környezetének lead. mivel T= állandó T = 0 E b = cmt = 0 ezért Q = W = - pv

a környezetnek adódik át mechanikai munkavégzés (W) formájában, illetve a gázon végzett mechanikai

15 Az Izobár állapotváltozás (p = áll.) során a térfogati munka értéke: W = - pv = - p(v 2 - V 1 ) Az első főtétel ezen állapotváltozásra érvényes alakja a következő: ) ( ) ( ) V V p T T m c V p E T m c Q v b p

16 Izochor állapotváltozás (V = áll.) A folyamat során a gáz térfogati munkát nem végez, a gáz belső energiájának megváltozása egyenlő a gázzal közölt hőmennyiség értékével: Q E b c v m T

17 Adiabatikus állapotváltozás

18 Adiabatikus állapotváltozás ábrázolása p p 2 2 p 1 1 T 1 T 2 v v 2 v 1

19 Az első főtételben szereplő mennyiségek közül a közölt hőmennyiség (Q) értéke zérus, vagyis a gáz által végzett térfogati munka (W) éppen egyenlő a gáz belső energiájának megváltozásával, vagyis E b = W

által végzett térfogati munka (W) éppen egyenlő a

Hasonló dokumentumok

Termodinamika. 1. rész

Termodinamika. 1. rész Termodinamika 1. rész 1. Alapfogalmak A fejezet tartalma FENOMENOLÓGIAI HŐTAN a) Hőmérsékleti skálák (otthoni feldolgozással) b) Hőtágulások (otthoni feldolgozással) c) A hőmérséklet mérése, hőmérők (otthoni