termodin-1-pask-2012
Post on 22-Oct-2014
55 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Termodinamika ir statistikinė fizika
Gediminas JuzeliūnasVU TFAI, VPU
1 paskaita, 2012.02.06
Kaupiamasis pažymys
2 ar 3 kontroniai darbai, apie kuriuos bus pranešta iš anksto.
Svarbu aktyvumas pratybose (pliusas)!
Šios dienos planas:
Pilnas ir nepilnas (termodinaminis) aprašymo būdai. Pagrindinės termodinamikos sąvokos:
1. Izoliuota, uždara, atvira sistemos
2. Išoriniai ir vidiniai sistemos būsenos parametrai
3. Termodinaminė pusiausvyros būsena; nepusiausvyroji būsena
4. Intensyvūs ir ekstensyvūs sistemos būsenos parametrai.
Termodinamikos adityvumo postulatas. Nepriklausomų sistemos parametrų rinkinys Pusiausvyrieji ir nepusiausvyrieji procesai. Nulinis termodinamikos principas.
... ... …
Pilnas ir nepilnas (termodinaminis) aprašymo būdai.
Termodinamika
Tradicinė, tačiau labai svarbi fizikos sritis Įvedamos temperatūros, entropijos, ...
sąvokos
Ką tiria termodinamika?
Sistemas sudarytas iš daugelio dalelių (atomų, molekulių, fotonų, ...)
Matmenys dideli (L>>a), egzistuoja pakankamai ilgai
Tiria energiją, darbą, šilumą, ir t.t. Pavyzdžiui, ...
Dujos cilindre po stumokliu Dujoms plečiantis jų vidinė energija verčiama
darbu Atomų (molekulių) skaičius dujose: N≈>1023
Termodinamika
Sistemos sudarytos iš daugelio dalelių (atomų, molekulių, fotonų, ...) -makroskopinės sistemos N≈>1023
Mechanika
Pilnas aprašymo būdas f laisvės laipsnių (f=3N) 2f parametrų (reikia sistemai aprašyti)
Kai makroskopinė sistema: N≈>1023
Pilnas aprašymas praktiškai neįmanomas
Mechanika
Pilnas aprašymo būdas f laisvės laipsnių (f=3N) 2f parametrų (reikia sistemai aprašyti)
Kai makroskopinė sistema: N≈>1023
Pilnas aprašymas praktiškai neįmanomas Pvz.
Mechanika
Pilnas aprašymo būdas f laisvės laipsnių (f=3N) 2f parametrų (reikia sistemai aprašyti)
Kai makroskopinė sistema: N≈>1023
Pilnas aprašymas praktiškai neįmanomas Termodinaminis (nepilnas)
aprašymas
Termodinamika
Nepilnas makroskopinis sistemos aprašymo būdas Būseną apibūdina keli parametrai Pvz. V – tūris ir p- slėgis
Termodinaminė sistema nesigiliname į jos mikroskopinę
sandarą
Pagrindinės termodinamikos sąvokos: Izoliuota, uždara, atvira sistemos
Išoriniai ir vidiniai sistemos būsenos parametrai
Termodinaminė pusiausvyros būsena
Nepusiausvyroji būsena
Intensyvūs ir ekstensyvūs sistemos būsenos parametrai.
Sistemą supa aplinka (išoriniai kūnai) Aplinka - pakankamai didelė
gali neribotai tiekti energiją ar daleles Izoliuota sistema
su aplinka nesikeičia energija ir medžiaga Uždara sistema
su aplinka nesikeičia tik medžiaga Atvira sistema
su aplinka keičiasi medžiaga
Pagrindinės termodinamikos sąvokos: Izoliuota, uždara, atvira sistemos
Išoriniai ir vidiniai sistemos būsenos parametrai
Termodinaminė pusiausvyros būsena
Nepusiausvyroji būsena
Intensyvūs ir ekstensyvūs sistemos būsenos parametrai.
Sistemos parametrai - išorniai ir vidiniai Išorniai parametrai – nulemti išorės sąlygų
pvz. išorinių laukų Vidiniai parametrai nulemti sistemos būsenos
kitimu, kai išorės parametrai nekinta Skirstymas – sąlyginis, pvz.
Sistemos parametrai - išorniai ir vidiniai Išorniai parametrai – nulemti išorės sąlygų
pvz. Išorinių laukų Vidiniai parametrai nulemti sistemos būsenos
kitimu, kai išorės parametrai nekinta Įtvirtintas stūmoklis:
Sistemos parametrai - išorniai ir vidiniai Išorniai parametrai – nulemti išorės sąlygų
pvz. Išorinių laukų Vidiniai parametrai nulemti sistemos būsenos
kitimu, kai išorės parametrai nekinta Įtvirtintas stūmoklis:
V- išorinis parametras p- vidinis parametras
Sistemos parametrai - išorniai ir vidiniai Išorniai parametrai – nulemti išorės sąlygų
pvz. Išorinių laukų Vidiniai parametrai nulemti sistemos būsenos
kitimu, kai išorės parametrai nekinta Judantis stūmoklis:
Sistemos parametrai - išorniai ir vidiniai Išorniai parametrai – nulemti išorės sąlygų
pvz. Išorinių laukų Vidiniai parametrai nulemti sistemos būsenos
kitimu, kai išorės parametrai nekinta Judantis stūmoklis:
p- išorinis parametras V- vidinis parametras
Pagrindinės termodinamikos sąvokos: Izoliuota, uždara, atvira sistemos
Išoriniai ir vidiniai sistemos būsenos parametrai
Termodinaminė pusiausvyros būsena
Nepusiausvyroji būsena
Intensyvūs ir ekstensyvūs sistemos būsenos parametrai.
Termodinaminė pusiausvyros būsena Pastovios išorės sąlygos Sistemos parametrai nekinta
(kiek norint ilgai) Pavyzdžiui:
Termodinaminės pusiausvyros būsena Pastovios išorės sąlygos Sistemos parametrai nekinta
(kiek norint ilgai) Pavyzdžiui:
Bendra savybė:
Kiekviena izoliuota sistema turi termodinaminės pusiausvyros būseną (pusiausvyrąją būseną). Ją visada pasiekia. Iš jos negali išeiti savaime.
Bendra savybė:
Kiekviena izoliuota sistema turi termodinaminės pusiausvyros būseną (pusiausvyrąją būseną). Ją visada pasiekia. Iš jos negali išeiti savaime.
Pavyzdžiui:Izoliuota sistema:
Virdulys + kambarys
Pagrindinės termodinamikos sąvokos: Izoliuota, uždara, atvira sistemos
Išoriniai ir vidiniai sistemos būsenos parametrai
Termodinaminė pusiausvyros būsena
Nepusiausvyroji būsena
Intensyvūs ir ekstensyvūs sistemos būsenos parametrai.
Nepusiausvyroji būsena Pastovios išorės sąlygos Sistemos parametrai kinta Pavyzdžiui:
Nepusiausvyroji būsena Pastovios išorės sąlygos Sistemos parametrai kinta Pavyzdžiui:
Nepusiausvyroji būsena Pastovios išorės sąlygos Sistemos parametrai kinta
Relaksacija į pusiausvyrąją b. Relaksacijos trukmė (priklauso nuo sist. matmenų)
Nepusiausvyroji stacionarinė būsena Kintančios išorės sąlygos Sistemos parametrai nekinta Pavyzdžiui:
Nepusiausvyroji stacionarinė būsena Kintančios išorės sąlygos Sistemos parametrai nekinta Pavyzdžiui:
Nuolatinės srovės elektros grandinė
Nepusiausvyroji stacionarinė būsena Kintančios išorės sąlygos Sistemos parametrai nekinta Pavyzdžiui:
Silpnai kaitinamas virdulys
Termodinaminė pusiausvyros būsena Pastovios išorės sąlygos Sistemos parametrai nekinta
(kiek norint ilgai)
Termodinaminė pusiausvyros būsena Pastovios išorės sąlygos Sistemos parametrai nekinta
(kiek norint ilgai)
Fliuktuacijos (statistikinės fizikos klausimas): Svarbios mažam dalelių skaičiui Dabar jų nenagrinėsime
Termodinaminė pusiausvyros būsena Pastovios išorės sąlygos Sistemos parametrai nekinta
(kiek norint ilgai)
Termodinamika
Sistemos sudarytos iš daugelio dalelių (atomų, molekulių, fotonų, ...) -makroskopinės sistemos f≈>1023
-pilnas aprašymas praktiškai neįmanomas Nepilnas makr. sistemos aprašymo būdas
Būseną apibūdina keli parametrai Pvz. V – tūris ir p- slėgis
Pagrindinės termodinamikos sąvokos: Izoliuota, uždara, atvira sistemos
Išoriniai ir vidiniai sistemos būsenos parametrai
Termodinaminė pusiausvyros būsena
Nepusiausvyroji būsena
Intensyvūs ir ekstensyvūs sistemos būsenos parametrai.
Būsenos parametrai būna
Intensyvūs Neriklauso nuo sistemos masės ir matmenų
pvz. slėgis p, temperatūra t Sistemos dalies toks pats kaip ir visos sistemos
Ekstensyvūs (adityvūs) Proporcingi sistemos masei ar tūriui
pvz. tūris V, energija E Termodinamikos adityvumo postulatas
E=E1+E2
Termodinamikos adityvumo postulatas.
Termodinamikos adityvumo postulatas: E=E1+E2
Iš tiesų:
E=E1+E2+E12
Tačiau
E12<<E1, E2
Galioja artiveikėms sąveikoms
Nepriklausomų sistemos parametrų rinkinys.
Nepriklausomų parametrų rinkinys (nepriklausomi kintamieji) Minimalus parametrų kiekis būsenai nustatyti
Pvz. Dujoms tai p ir V. Kiti parametrai – nepriklausomų parametrų
funkcijos pvz, idealioms dujoms T~pV
2 nepriklausomi kintamieji paprastoji sistema >2 nepriklausomi kintamieji sudėtingoji sistema
Nepriklausomų parametrų rinkinys (nepriklausomi kintamieji) Minimalus parametrų kiekis būsenai nustatyti
Pvz. Dujoms tai p ir V. Kiti parametrai – nepriklausomų parametrų
funkcijos pvz, idealioms dujoms T~pV
Būsenos lygtys: Ryšiai siejantys pusiausvyrosios būsenos parametrus Pvz. Idealiųjų dujų būsenos lygtis: pV= α T α - konstanta
Pusiausvyrieji ir nepusiausvyrieji procesai.
Procesas:
Sistemos kitimas, kai iš pradinės į galinė būseną pereinama per nenutrūkstamą seką tarpinių būsenų.
Procesas:
Sistemos kitimas, kai iš pradinės į galinę būseną pereinama per nenutrūkstamą seką tarpinių būsenų.
Procesas:
Sistemos kitimas, kai iš pradinės į galinė būseną pereinama per nenutrūkstamą seką tarpinių būsenų.
Pusiausvyrieji ir nepusiausvyrieji procesai Pusiausvyrasis procesas:
Pradinė, tarpinė ir galinė būsenos – pusiausvyrosios
Idealizacija Realiai – procesas turi būti lėtas
Pusiausvyrasis procesas:
Pusiausvyrasis procesas: Pradinė, tarpinė ir galinė būsenos –
pusiausvyrosios Idealizacija Realiai – procesas turi būti lėtas
Pusiausvyrasis procesas:
Pusiausvyrasis procesas: Pradinė, tarpinė ir galinė būsenos –
pusiausvyrosios Idealizacija Realiai – procesas turi būti lėtas
Ciklas: Sistema grįžta į pradinę būseną
Elementarus procesas: Maži pokyčiai
Nulinis termodinamikos principas
Nulinis termodinamikos principas
Turime sistemas A, B, C A yra termodinaminėje pusiasvyroje su B B yra termodinaminėje pusiasvyroje su C C yra termodinaminėje pusiasvyroje su A
Nulinis termodinamikos principas
Sakoma, kad
sistemos A, B, C
turi tą pačią temperatūrą
Turime sistemas A, B, C A yra termodinaminėje pusiasvyroje su B B yra termodinaminėje pusiasvyroje su C C yra termodinaminėje pusiasvyroje su A
Nulinis termodinamikos principas (kita formuluotė) (Temperatūros apibrėžimas)
Izoliuotas ir termodinaminės pusiausvyros būsenos sistemas sujungiame kontaktu.
Sudarytoji sistema liks termodinaminės pusiausvyros būsenoje tik jeigu sujungtųjų sistemų temperatūros bus vienodos.
Nulinis termodinamikos principas (kita formuluotė) (Temperatūros apibrėžimas)
Izoliuotas ir termodinaminės pusiausvyros būsenos sistemas sujungiame kontaktu.
Sudarytoji sistema liks termodinaminės pusiausvyros būsenoje tik jeigu sujungtųjų sistemų temperatūros bus vienodos.
- Temperatūra – intensyvus parametras.
- Temperatūra - termodinaminės pusiausvyros matas
Izoterminis procesas - kai temperatūra nekinta
Pvz. Idealiųjų dujų būsenos lygtis: pV=αT Izoterminiam procesui:pV=const
top related