Download - Termodin-1-pask-2012
![Page 1: Termodin-1-pask-2012](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061106/5448dc4bb1af9f5f618b4bbf/html5/thumbnails/1.jpg)
Termodinamika ir statistikinė fizika
Gediminas JuzeliūnasVU TFAI, VPU
1 paskaita, 2012.02.06
![Page 2: Termodin-1-pask-2012](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061106/5448dc4bb1af9f5f618b4bbf/html5/thumbnails/2.jpg)
Kaupiamasis pažymys
2 ar 3 kontroniai darbai, apie kuriuos bus pranešta iš anksto.
Svarbu aktyvumas pratybose (pliusas)!
![Page 3: Termodin-1-pask-2012](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061106/5448dc4bb1af9f5f618b4bbf/html5/thumbnails/3.jpg)
Šios dienos planas:
![Page 4: Termodin-1-pask-2012](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061106/5448dc4bb1af9f5f618b4bbf/html5/thumbnails/4.jpg)
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.
... ... …
![Page 5: Termodin-1-pask-2012](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061106/5448dc4bb1af9f5f618b4bbf/html5/thumbnails/5.jpg)
Pilnas ir nepilnas (termodinaminis) aprašymo būdai.
![Page 6: Termodin-1-pask-2012](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061106/5448dc4bb1af9f5f618b4bbf/html5/thumbnails/6.jpg)
Termodinamika
Tradicinė, tačiau labai svarbi fizikos sritis Įvedamos temperatūros, entropijos, ...
sąvokos
![Page 7: Termodin-1-pask-2012](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061106/5448dc4bb1af9f5f618b4bbf/html5/thumbnails/7.jpg)
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, ...
![Page 8: Termodin-1-pask-2012](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061106/5448dc4bb1af9f5f618b4bbf/html5/thumbnails/8.jpg)
Dujos cilindre po stumokliu Dujoms plečiantis jų vidinė energija verčiama
darbu Atomų (molekulių) skaičius dujose: N≈>1023
![Page 9: Termodin-1-pask-2012](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061106/5448dc4bb1af9f5f618b4bbf/html5/thumbnails/9.jpg)
Termodinamika
Sistemos sudarytos iš daugelio dalelių (atomų, molekulių, fotonų, ...) -makroskopinės sistemos N≈>1023
![Page 10: Termodin-1-pask-2012](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061106/5448dc4bb1af9f5f618b4bbf/html5/thumbnails/10.jpg)
Mechanika
Pilnas aprašymo būdas f laisvės laipsnių (f=3N) 2f parametrų (reikia sistemai aprašyti)
Kai makroskopinė sistema: N≈>1023
Pilnas aprašymas praktiškai neįmanomas
![Page 11: Termodin-1-pask-2012](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061106/5448dc4bb1af9f5f618b4bbf/html5/thumbnails/11.jpg)
Mechanika
Pilnas aprašymo būdas f laisvės laipsnių (f=3N) 2f parametrų (reikia sistemai aprašyti)
Kai makroskopinė sistema: N≈>1023
Pilnas aprašymas praktiškai neįmanomas Pvz.
![Page 12: Termodin-1-pask-2012](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061106/5448dc4bb1af9f5f618b4bbf/html5/thumbnails/12.jpg)
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
![Page 13: Termodin-1-pask-2012](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061106/5448dc4bb1af9f5f618b4bbf/html5/thumbnails/13.jpg)
Termodinamika
Nepilnas makroskopinis sistemos aprašymo būdas Būseną apibūdina keli parametrai Pvz. V – tūris ir p- slėgis
Termodinaminė sistema nesigiliname į jos mikroskopinę
sandarą
![Page 14: Termodin-1-pask-2012](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061106/5448dc4bb1af9f5f618b4bbf/html5/thumbnails/14.jpg)
Pagrindinės termodinamikos sąvokos: Izoliuota, uždara, atvira sistemos
Išoriniai ir vidiniai sistemos būsenos parametrai
Termodinaminė pusiausvyros būsena
Nepusiausvyroji būsena
Intensyvūs ir ekstensyvūs sistemos būsenos parametrai.
![Page 15: Termodin-1-pask-2012](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061106/5448dc4bb1af9f5f618b4bbf/html5/thumbnails/15.jpg)
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
![Page 16: Termodin-1-pask-2012](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061106/5448dc4bb1af9f5f618b4bbf/html5/thumbnails/16.jpg)
Pagrindinės termodinamikos sąvokos: Izoliuota, uždara, atvira sistemos
Išoriniai ir vidiniai sistemos būsenos parametrai
Termodinaminė pusiausvyros būsena
Nepusiausvyroji būsena
Intensyvūs ir ekstensyvūs sistemos būsenos parametrai.
![Page 17: Termodin-1-pask-2012](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061106/5448dc4bb1af9f5f618b4bbf/html5/thumbnails/17.jpg)
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.
![Page 18: Termodin-1-pask-2012](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061106/5448dc4bb1af9f5f618b4bbf/html5/thumbnails/18.jpg)
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:
![Page 19: Termodin-1-pask-2012](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061106/5448dc4bb1af9f5f618b4bbf/html5/thumbnails/19.jpg)
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
![Page 20: Termodin-1-pask-2012](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061106/5448dc4bb1af9f5f618b4bbf/html5/thumbnails/20.jpg)
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:
![Page 21: Termodin-1-pask-2012](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061106/5448dc4bb1af9f5f618b4bbf/html5/thumbnails/21.jpg)
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
![Page 22: Termodin-1-pask-2012](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061106/5448dc4bb1af9f5f618b4bbf/html5/thumbnails/22.jpg)
Pagrindinės termodinamikos sąvokos: Izoliuota, uždara, atvira sistemos
Išoriniai ir vidiniai sistemos būsenos parametrai
Termodinaminė pusiausvyros būsena
Nepusiausvyroji būsena
Intensyvūs ir ekstensyvūs sistemos būsenos parametrai.
![Page 23: Termodin-1-pask-2012](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061106/5448dc4bb1af9f5f618b4bbf/html5/thumbnails/23.jpg)
Termodinaminė pusiausvyros būsena Pastovios išorės sąlygos Sistemos parametrai nekinta
(kiek norint ilgai) Pavyzdžiui:
![Page 24: Termodin-1-pask-2012](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061106/5448dc4bb1af9f5f618b4bbf/html5/thumbnails/24.jpg)
Termodinaminės pusiausvyros būsena Pastovios išorės sąlygos Sistemos parametrai nekinta
(kiek norint ilgai) Pavyzdžiui:
![Page 25: Termodin-1-pask-2012](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061106/5448dc4bb1af9f5f618b4bbf/html5/thumbnails/25.jpg)
Bendra savybė:
Kiekviena izoliuota sistema turi termodinaminės pusiausvyros būseną (pusiausvyrąją būseną). Ją visada pasiekia. Iš jos negali išeiti savaime.
![Page 26: Termodin-1-pask-2012](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061106/5448dc4bb1af9f5f618b4bbf/html5/thumbnails/26.jpg)
Bendra savybė:
Kiekviena izoliuota sistema turi termodinaminės pusiausvyros būseną (pusiausvyrąją būseną). Ją visada pasiekia. Iš jos negali išeiti savaime.
Pavyzdžiui:Izoliuota sistema:
Virdulys + kambarys
![Page 27: Termodin-1-pask-2012](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061106/5448dc4bb1af9f5f618b4bbf/html5/thumbnails/27.jpg)
Pagrindinės termodinamikos sąvokos: Izoliuota, uždara, atvira sistemos
Išoriniai ir vidiniai sistemos būsenos parametrai
Termodinaminė pusiausvyros būsena
Nepusiausvyroji būsena
Intensyvūs ir ekstensyvūs sistemos būsenos parametrai.
![Page 28: Termodin-1-pask-2012](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061106/5448dc4bb1af9f5f618b4bbf/html5/thumbnails/28.jpg)
Nepusiausvyroji būsena Pastovios išorės sąlygos Sistemos parametrai kinta Pavyzdžiui:
![Page 29: Termodin-1-pask-2012](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061106/5448dc4bb1af9f5f618b4bbf/html5/thumbnails/29.jpg)
Nepusiausvyroji būsena Pastovios išorės sąlygos Sistemos parametrai kinta Pavyzdžiui:
![Page 30: Termodin-1-pask-2012](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061106/5448dc4bb1af9f5f618b4bbf/html5/thumbnails/30.jpg)
Nepusiausvyroji būsena Pastovios išorės sąlygos Sistemos parametrai kinta
Relaksacija į pusiausvyrąją b. Relaksacijos trukmė (priklauso nuo sist. matmenų)
![Page 31: Termodin-1-pask-2012](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061106/5448dc4bb1af9f5f618b4bbf/html5/thumbnails/31.jpg)
Nepusiausvyroji stacionarinė būsena Kintančios išorės sąlygos Sistemos parametrai nekinta Pavyzdžiui:
![Page 32: Termodin-1-pask-2012](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061106/5448dc4bb1af9f5f618b4bbf/html5/thumbnails/32.jpg)
Nepusiausvyroji stacionarinė būsena Kintančios išorės sąlygos Sistemos parametrai nekinta Pavyzdžiui:
Nuolatinės srovės elektros grandinė
![Page 33: Termodin-1-pask-2012](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061106/5448dc4bb1af9f5f618b4bbf/html5/thumbnails/33.jpg)
Nepusiausvyroji stacionarinė būsena Kintančios išorės sąlygos Sistemos parametrai nekinta Pavyzdžiui:
Silpnai kaitinamas virdulys
![Page 34: Termodin-1-pask-2012](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061106/5448dc4bb1af9f5f618b4bbf/html5/thumbnails/34.jpg)
Termodinaminė pusiausvyros būsena Pastovios išorės sąlygos Sistemos parametrai nekinta
(kiek norint ilgai)
![Page 35: Termodin-1-pask-2012](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061106/5448dc4bb1af9f5f618b4bbf/html5/thumbnails/35.jpg)
Termodinaminė pusiausvyros būsena Pastovios išorės sąlygos Sistemos parametrai nekinta
(kiek norint ilgai)
Fliuktuacijos (statistikinės fizikos klausimas): Svarbios mažam dalelių skaičiui Dabar jų nenagrinėsime
![Page 36: Termodin-1-pask-2012](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061106/5448dc4bb1af9f5f618b4bbf/html5/thumbnails/36.jpg)
Termodinaminė pusiausvyros būsena Pastovios išorės sąlygos Sistemos parametrai nekinta
(kiek norint ilgai)
![Page 37: Termodin-1-pask-2012](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061106/5448dc4bb1af9f5f618b4bbf/html5/thumbnails/37.jpg)
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
![Page 38: Termodin-1-pask-2012](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061106/5448dc4bb1af9f5f618b4bbf/html5/thumbnails/38.jpg)
Pagrindinės termodinamikos sąvokos: Izoliuota, uždara, atvira sistemos
Išoriniai ir vidiniai sistemos būsenos parametrai
Termodinaminė pusiausvyros būsena
Nepusiausvyroji būsena
Intensyvūs ir ekstensyvūs sistemos būsenos parametrai.
![Page 39: Termodin-1-pask-2012](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061106/5448dc4bb1af9f5f618b4bbf/html5/thumbnails/39.jpg)
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
![Page 40: Termodin-1-pask-2012](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061106/5448dc4bb1af9f5f618b4bbf/html5/thumbnails/40.jpg)
Termodinamikos adityvumo postulatas.
![Page 41: Termodin-1-pask-2012](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061106/5448dc4bb1af9f5f618b4bbf/html5/thumbnails/41.jpg)
Termodinamikos adityvumo postulatas: E=E1+E2
Iš tiesų:
E=E1+E2+E12
Tačiau
E12<<E1, E2
Galioja artiveikėms sąveikoms
![Page 42: Termodin-1-pask-2012](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061106/5448dc4bb1af9f5f618b4bbf/html5/thumbnails/42.jpg)
Nepriklausomų sistemos parametrų rinkinys.
![Page 43: Termodin-1-pask-2012](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061106/5448dc4bb1af9f5f618b4bbf/html5/thumbnails/43.jpg)
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
![Page 44: Termodin-1-pask-2012](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061106/5448dc4bb1af9f5f618b4bbf/html5/thumbnails/44.jpg)
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
![Page 45: Termodin-1-pask-2012](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061106/5448dc4bb1af9f5f618b4bbf/html5/thumbnails/45.jpg)
Pusiausvyrieji ir nepusiausvyrieji procesai.
![Page 46: Termodin-1-pask-2012](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061106/5448dc4bb1af9f5f618b4bbf/html5/thumbnails/46.jpg)
Procesas:
Sistemos kitimas, kai iš pradinės į galinė būseną pereinama per nenutrūkstamą seką tarpinių būsenų.
![Page 47: Termodin-1-pask-2012](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061106/5448dc4bb1af9f5f618b4bbf/html5/thumbnails/47.jpg)
Procesas:
Sistemos kitimas, kai iš pradinės į galinę būseną pereinama per nenutrūkstamą seką tarpinių būsenų.
![Page 48: Termodin-1-pask-2012](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061106/5448dc4bb1af9f5f618b4bbf/html5/thumbnails/48.jpg)
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
![Page 49: Termodin-1-pask-2012](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061106/5448dc4bb1af9f5f618b4bbf/html5/thumbnails/49.jpg)
Pusiausvyrasis procesas:
Pusiausvyrasis procesas: Pradinė, tarpinė ir galinė būsenos –
pusiausvyrosios Idealizacija Realiai – procesas turi būti lėtas
![Page 50: Termodin-1-pask-2012](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061106/5448dc4bb1af9f5f618b4bbf/html5/thumbnails/50.jpg)
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
![Page 51: Termodin-1-pask-2012](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061106/5448dc4bb1af9f5f618b4bbf/html5/thumbnails/51.jpg)
Nulinis termodinamikos principas
![Page 52: Termodin-1-pask-2012](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061106/5448dc4bb1af9f5f618b4bbf/html5/thumbnails/52.jpg)
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
![Page 53: Termodin-1-pask-2012](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061106/5448dc4bb1af9f5f618b4bbf/html5/thumbnails/53.jpg)
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
![Page 54: Termodin-1-pask-2012](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061106/5448dc4bb1af9f5f618b4bbf/html5/thumbnails/54.jpg)
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.
![Page 55: Termodin-1-pask-2012](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061106/5448dc4bb1af9f5f618b4bbf/html5/thumbnails/55.jpg)
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
![Page 56: Termodin-1-pask-2012](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061106/5448dc4bb1af9f5f618b4bbf/html5/thumbnails/56.jpg)
Izoterminis procesas - kai temperatūra nekinta
Pvz. Idealiųjų dujų būsenos lygtis: pV=αT Izoterminiam procesui:pV=const