Extras din curs

Noţiuni, legi şi formule. Indicaţii metodice

1. Prin fenomen termic se înţelege orice fenomen fizic legat de mişcarea termică a particulelor (atomi, molecule, ioni).

Termodinamica studiază fenomenele termice fără a ţine seama de structura internă a corpurilor.

2. Orice corp macroscopic sau ansamblu de corpuri macroscopice formează un sistem termodinamic (S.T.).

Corpurile care nu fac parte din sistem se numesc corpuri exterioare sau mediu exterior.

Sistemul termodinamic este izolat, dacă nu interacţionează şi nu schimbă substanţă cu mediul exterior.

Sistemul termodinamic este închis, dacă nu schimbă substanţă cu mediul exterior, dar schimbă energie.

In termodinamică se studiază interacţiunea dintre sistem şi mediul exterior.

3. Totalitatea proprietăţilor sistemului termodinamic la un moment dat reprezintă starea sistemului.

Parametrii de stare reprezintă ansamblul mărimilor fizice măsurabile ce caracterizează în mod unic starea sistemului termodinamic.

Exemple de parametri de stare: temperatura, densitatea, capacitatea ca¬lorică, volumul, presiunea etc.

Parametrii de stare pot fi:

a) independenţi - pot lua valori arbitrare;

b) dependenţi - pot fi exprimaţi în funcţie de parametrii independenţi cu ajutorul unor relaţii matematice.

4. Starea unui sistem termodinamic se numeşte stare staţionară, dacă toţi parametrii de stare ce o caracterizează nu variază în timp.Starea staţionară se numeşte stare de echilibru termodinamic, dacă ea nu se datorează unor fenomene care au loc în mediul exterior.

De exemplu, unul din capetele unei tije metalice este introdus într-un amestec de apă şi gheaţă, aflat la presiune atmosferică normală (la temperatura de 0°C), iar celălalt capăt este introdus în apă în fierbere. în acest caz, temperaturile celor două capete nu se modifică în timp, dar starea staţionară a tijei nu este o stare de echilibru termodinamic, deoarece pentru menţinerea constantă a temperaturilor de la capetele tijei, tija primeşte energie sub formă de căldură de la apa aflată în fierbere şi cedează energie amestecului de apă şi gheaţă sub formă de căldură.

Termodinamica studiază în principal sisteme termodinamice aflate în stare staţionară, precum şi transformările între astfel de stări.

Dacă parametrii de stare se modifică în timp, atunci starea sistemului termodinamic este nestaţionară.

5. Starea de echilibru termodinamic a sistemului este determinată de către parametrii principali de stare.

Pentru un sistem chimic omogen, parametrii de stare principali sunt: volumul specific (vs), presiunea (p) şi temperatura (T). Volumul specific reprezintă volumul unităţii de masă.

6. In starea de echilibru termodinamic:

a) parametrii de stare ai sistemului termodinamic sunt egali cu para¬metrii de stare corespunzători ai mediului exterior;

b) parametrii de stare p, vs şi T iau aceleaşi valori în tot sistemul termodinamic.

între cei trei parametri de stare principali există o relaţie matematică de

legătură, numită ecuaţie termică de stare: p= f(v,,T).

7. Trecerea sistemului dintr-o stare în alta se numeşte proces sau

transformare de stare.

Dacă parametrii de stare variază în timp atât de lent, încât în orice moment sistemul poate fi considerat în echilibru, atunci transformarea se numeşte cvasistatică.

Transformările cvasistatice pot fi reprezentate grafic.

Transformarea în urma căreia sistemul termodinamic trece dintr-o stare iniţială de echilibru într-o stare finală de echilibru, fără a trece succesiv prin stări intermediare de echilibru, se numeşte transformare necvasistatică.

Transformările necvasistatice nu pot fi reprezentate grafic, deoarece în acest caz nu se mai poate vorbi despre parametri principali de stare (p, vs, T), care iau aceleaşi valori în orice punct al sistemului termodinamic.

Dacă starea finală a sistemului termodinamic coincide cu starea iniţială, atunci transformarea se numeşte ciclică.

8. O transformare în care în urma schimbării semnului de variaţie a parametrilor de stare, sistemul termodinamic evoluează de la starea finală spre starea iniţială trecând prin aceleaşi stări intermediare de echilibru prin care a trecut în transformarea de la starea iniţială la cea finală, se numeşte transformare reversibilă.

O transformare care nu este reversibilă se numeşte ireversibilă. Transformările necvasistatice sunt ireversibile. Procesele din natură sunt ireversibile, adică se desfăşoară într-un anumit sens şi nu se pot desfăşura de la sine în sens opus.

9. Lucrul mecanic în termodinamică

în procesul de interacţiune a sistemului termodinamic cu mediul exterior, forţele exterioare provoacă acţiuni mecanice în urma cărora:

a) starea sistemului termodinamic nu se modifică, realizându-se numai o deplasare mecanică a întregului sistem;

b) sistemul termodinamic părăseşte starea de echilibru termodinamic, efectuând o transformare în care unii parametrii de stare variază în timp.

în termodinamică se ia în considerare numai lucrul mecanic schimbat de sistemul termodinamic cu mediul exterior într-o transformare.

Parametrii de poziţie sunt parametri de stare care depind de dimensiunile sistemului şi a căror variaţii în timp arată că sistemul părăseşte starea de echilibru în urma schimbului de lucru mecanic cu exteriorul, permiţând evaluarea lucrului mecanic dacă se cunosc forţele interne. □ La fluide există un singur parametru de poziţie, volumul.

Prin convenţie, lucrul mecanic efectuat de sistemul termodinamic asupra mediului exterior se consideră pozitiv şi lucrul mecanic efectuat de mediul exterior asupra sistemului termodinamic se consideră negativ. Cu această convenţie, lucrul mecanic se defineşte în termodinamică cu relaţia:

L = pe-AV

unde pe = ct. reprezintă presiunea exterioară, iar AV reprezintă variaţia

volumului sistemului termodinamic. In cazul în care presiunea exterioară nu este constantă (pe = ct.), se defineşte lucrul mecanic elementar pentru o variaţie foarte mică a volumului (dV) sistemului termodinamic, în care variaţia presiunii exterioare poate fi neglijată.

în acest caz: δL = pedV .