druhý zákony td
DESCRIPTION
Druhý zákony TD. ENTROPIA. Druhý zákon termodynamiky. Cieľ: Pochopiť čo je zmena stavu Ako sa tepelná energia mení na prácu Pochopiť termodynamický cyklus Pochopiť 2. zákon TD, Carnotov cyklus a termodynamické funkcie Určiť teoretickú účinnosť cyklického procesu. Parný stroj. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
![Page 1: Druhý zákony TD](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061516/56815005550346895dbdd653/html5/thumbnails/1.jpg)
Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach
11
Druhý zákony TDDruhý zákony TD
ENTROPIA ENTROPIA
![Page 2: Druhý zákony TD](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061516/56815005550346895dbdd653/html5/thumbnails/2.jpg)
Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach
22
Druhý zákon Druhý zákon termodynamikytermodynamiky• Cieľ:Cieľ:• Pochopiť čo je zmena stavuPochopiť čo je zmena stavu• Ako sa tepelná energia mení na prácuAko sa tepelná energia mení na prácu• Pochopiť termodynamický cyklusPochopiť termodynamický cyklus• Pochopiť 2. zákon TD, Carnotov cyklus Pochopiť 2. zákon TD, Carnotov cyklus
a termodynamické funkciea termodynamické funkcie• Určiť teoretickú účinnosť cyklického Určiť teoretickú účinnosť cyklického
procesuprocesu
![Page 3: Druhý zákony TD](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061516/56815005550346895dbdd653/html5/thumbnails/3.jpg)
Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach
33
Parný strojParný stroj
![Page 4: Druhý zákony TD](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061516/56815005550346895dbdd653/html5/thumbnails/4.jpg)
Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach
44
Termodynamický cyklusTermodynamický cyklus
• DefDefiníciainícia: : Séria Séria termodynamickýtermodynamických pochodov, v ch pochodov, v ktorých ktorých dochádza k dochádza k účinku účinku prostredníctvom prostredníctvom redistribúcie redistribúcie energieenergie
![Page 5: Druhý zákony TD](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061516/56815005550346895dbdd653/html5/thumbnails/5.jpg)
Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach
55
Päť základných prvkov Päť základných prvkov termodynamického cyklutermodynamického cyklu• Pracovná látka: prenáša energiu v Pracovná látka: prenáša energiu v
sústavesústave
• Zdroj tepla (ohrievač)Zdroj tepla (ohrievač): : dodáva dodáva teplo pracovnej látketeplo pracovnej látke
• Chladič: odoberá teplo z Chladič: odoberá teplo z pracovnej látkypracovnej látky
• StrojStroj: : zariadenie, ktoré mení zariadenie, ktoré mení tepelnú energiu na prácutepelnú energiu na prácu
![Page 6: Druhý zákony TD](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061516/56815005550346895dbdd653/html5/thumbnails/6.jpg)
Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach
66
Tepelný strojTepelný stroj
Zdroj tepla
ChladičČerpadlo
Stroj W
Q vstup
Q výst
Pracovná látka
![Page 7: Druhý zákony TD](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061516/56815005550346895dbdd653/html5/thumbnails/7.jpg)
Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach
77
Carnotov cyklusCarnotov cyklus
![Page 8: Druhý zákony TD](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061516/56815005550346895dbdd653/html5/thumbnails/8.jpg)
Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach
88
Účinnosť Carnotovho cykluÚčinnosť Carnotovho cyklu
2
12
2
12
q
q
w
T
TT
q
w
privedené
vykonaná
privedené
vykonaná
•T2 je teplota ohrievača
•T1 je teplota chladiča
•Q2 je teplo privedené z ohrievača do pracovnej látky
•Q1 je teplo odvedené z pracovnej látky do chladiča
Účinnosť nezávisí od pracovnej látky !
![Page 9: Druhý zákony TD](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061516/56815005550346895dbdd653/html5/thumbnails/9.jpg)
Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach
99
2. Zákon TD2. Zákon TD
• Nie je možné zostrojiť tepelný stroj, Nie je možné zostrojiť tepelný stroj, ktorý by nekonal nič iné iba menil ktorý by nekonal nič iné iba menil teplo na ekvivalentnú prácu teplo na ekvivalentnú prácu (Clausius)(Clausius)
![Page 10: Druhý zákony TD](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061516/56815005550346895dbdd653/html5/thumbnails/10.jpg)
Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach
1010
Ideálny tepelný stroj pracujúci v Carotovom cykle prijíma teplo q2 zo zásobníka tepla pri teplote T2 a odovzdáva do chladiča teplo q1 pri teplote T1
ENTROPIA
Ak prijmene konvenciu, že odovzdané teplo je záporné a prijímané teplo má kladné znamienko, potom:
1
1
2
2T
q
T
q
01
1
2
2 T
q
T
q
+ -
![Page 11: Druhý zákony TD](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061516/56815005550346895dbdd653/html5/thumbnails/11.jpg)
Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach
1111
Cyklický procesCyklický proces
0T
q
Každý reverzibilný cyklus sa dá rozložiť na mnoho Carnotových cyklov,preto:
![Page 12: Druhý zákony TD](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061516/56815005550346895dbdd653/html5/thumbnails/12.jpg)
Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach
1212
Cyklický procesCyklický proces
0Tq
0dS
![Page 13: Druhý zákony TD](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061516/56815005550346895dbdd653/html5/thumbnails/13.jpg)
Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach
1313
EntropiaEntropia
• Definujeme novú Definujeme novú termodynamickú termodynamickú funkciufunkciu
T
dqdS
![Page 14: Druhý zákony TD](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061516/56815005550346895dbdd653/html5/thumbnails/14.jpg)
Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach
1414
ENTROPIAENTROPIA
• Vlastnosti:Vlastnosti:– JednotkyJednotky J/K J/K– Mólová entropia J/K.molMólová entropia J/K.mol– Je termodynamická funkcia, nezávisí od Je termodynamická funkcia, nezávisí od
cesty uskutočnenia premenycesty uskutočnenia premeny
![Page 15: Druhý zákony TD](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061516/56815005550346895dbdd653/html5/thumbnails/15.jpg)
Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach
1515
EntropEntropiaia
• V izolovaných V izolovaných sústavách rastie sústavách rastie etropiaetropia
• Entropia je mierou Entropia je mierou neusporiadanianeusporiadania
• Izolované sústavy Izolované sústavy (vesmír) sa vyvíjajú (vesmír) sa vyvíjajú v smere rastúceho v smere rastúceho neusporiadanianeusporiadania
TdS
q
![Page 16: Druhý zákony TD](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061516/56815005550346895dbdd653/html5/thumbnails/16.jpg)
Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach
1616
ENTROPIA – TERMODYNAMICKÁ FUNKCIA
Entropia, S, je termodynamická funkcia, ktorá je mierou náhodilosti alebo neusporiadania v sústave.
Obsah ruksaku
![Page 17: Druhý zákony TD](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061516/56815005550346895dbdd653/html5/thumbnails/17.jpg)
Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach
1717
Zmena entropie pri ohreve 1 Zmena entropie pri ohreve 1 molu látky pri konštantnom molu látky pri konštantnom tlaku; tlaku; Cp= konšt.Cp= konšt.
dTT
CdS
p
1
2
p12 lnT
TCSS
![Page 18: Druhý zákony TD](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061516/56815005550346895dbdd653/html5/thumbnails/18.jpg)
Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach
1818
Zmena entropie pri Zmena entropie pri izotermickej expanzii plynovizotermickej expanzii plynov
1 mol ideálneho plynu sa nechá expandovať pri konštantnej teplote z objemu V1 na objem V2. Aká je zmena entropie pri tejto ireverzibilnej expanzii?
2
1
V
V T
qS
2
1
V
V T
pdV 2
1
V
VdV
V
R1
2lnV
VR
![Page 19: Druhý zákony TD](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061516/56815005550346895dbdd653/html5/thumbnails/19.jpg)
Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach
1919
Zmena entropie pri Zmena entropie pri izochorickom ohreve 1 molu izochorickom ohreve 1 molu látkylátky
1
2
v12 lnT
TCSS
![Page 20: Druhý zákony TD](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061516/56815005550346895dbdd653/html5/thumbnails/20.jpg)
Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach
2020
Reverzibilný adiabatický proces
revT
qSS
2
112
0qTakže… S=0
Reverzibilný adiabatický proces je izoentropický!!
![Page 21: Druhý zákony TD](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061516/56815005550346895dbdd653/html5/thumbnails/21.jpg)
Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach
2121
Uvažujme o vesmíreUvažujme o vesmíre
• Vesmír možno pokladať za izolovanú Vesmír možno pokladať za izolovanú sústavusústavu
0 okoliasústavyvesmíru SSS
Or…
0 okoliasústavycelk SSS
Toto je ďalšie matematické vyjadrenie druhého zákona termodynamiky
![Page 22: Druhý zákony TD](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061516/56815005550346895dbdd653/html5/thumbnails/22.jpg)
Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach
2222
Vývoj sústav (procesy)Vývoj sústav (procesy)
• ProcesProcesy smerujú iba v jednom určitom smere a y smerujú iba v jednom určitom smere a sústavy sa vyvíjajú iba v smere rastúcej entropiesústavy sa vyvíjajú iba v smere rastúcej entropie
• EntropEntropia sa nezachováva. Nejestvuje zákon ia sa nezachováva. Nejestvuje zákon zachovania entropie. Entropia vesmíru neustále zachovania entropie. Entropia vesmíru neustále plynule rastieplynule rastie
• Chod strojov sa zhoršuje následkom nevratných Chod strojov sa zhoršuje následkom nevratných dejov a rast entropie je mierou nevratných dejov, dejov a rast entropie je mierou nevratných dejov, ktoré v takýchto zariadeniach prebiehajúktoré v takýchto zariadeniach prebiehajú
0celkS
![Page 23: Druhý zákony TD](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061516/56815005550346895dbdd653/html5/thumbnails/23.jpg)
Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach
2323
(∆Ssúst.+ ∆Sokolia) > 0 pri samovoľnom (spontánnom ) procese
Živé organizmy: ∆S<0
Životné prostredie: Δ S>>0
![Page 24: Druhý zákony TD](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061516/56815005550346895dbdd653/html5/thumbnails/24.jpg)
Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach
2424
TTSS diagram diagramT
eplo
ta
Entropia
Izotermický Process
q
1 2
Tep
lota
Entropia
Izoentropický Process
1
2
q=0
![Page 25: Druhý zákony TD](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061516/56815005550346895dbdd653/html5/thumbnails/25.jpg)
Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach
2525
T-T-SS ddiagram Carnotiagram Carnotovhoovho ccyclycluu
Tem
pera
ture
Entropia
1
Izoentropická kompresia
QinW=qprivedené-qodvedené
qodved
ené
2Izotermická expanzia
3
Izoentropická expanzia
Izotermická kompresia
4
![Page 26: Druhý zákony TD](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061516/56815005550346895dbdd653/html5/thumbnails/26.jpg)
Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach
2626
OTÁZKY ???OTÁZKY ???
![Page 27: Druhý zákony TD](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061516/56815005550346895dbdd653/html5/thumbnails/27.jpg)
Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach
2727
A process that occurs without ongoing outside intervention.
Examples
• Nails rusting outdoors
SPONTANEOUS PROCESSSPONTANEOUS PROCESS
![Page 28: Druhý zákony TD](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061516/56815005550346895dbdd653/html5/thumbnails/28.jpg)
Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach
2828
∆G tells us how far the system is from equilibrium
∆G << 0 ∆G = 0 ∆G > 0∆G < 0
A B
A <=====> B∆G = GB-GA
![Page 29: Druhý zákony TD](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061516/56815005550346895dbdd653/html5/thumbnails/29.jpg)
Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach
2929
A + B <==> C + D
Δ G =
[ aC]
e q
[ aD]
e q
[ aA]
e q
[ aB]
e q
R T l n -R T l n
[ aC] [ aD]
[ aA] [ aB]
![Page 30: Druhý zákony TD](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061516/56815005550346895dbdd653/html5/thumbnails/30.jpg)
Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach
3030
![Page 31: Druhý zákony TD](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061516/56815005550346895dbdd653/html5/thumbnails/31.jpg)
Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach
3131
P=1M, R=1M (standard condition)
∆Go = - RT ln Keq = - 2.303 RT log Keq
∆Go is the standard free energy change
² G = RT ln - RT lnKeq
P
R
![Page 32: Druhý zákony TD](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061516/56815005550346895dbdd653/html5/thumbnails/32.jpg)
Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach
3232
![Page 33: Druhý zákony TD](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022061516/56815005550346895dbdd653/html5/thumbnails/33.jpg)
Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach
3333
At the standard temperature of 298oK (25oC):
² Go = -1.36 log Keq
(1) Keq >1, then ∆Go < 0
(2) Keq< 1, then ∆Go > 0
(3) Keq= 1, then ∆Go = 0