Termodinamika

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából.

Termodinamikai körfolyamatok
Atkinson-ciklus Brayton–Joule-ciklus Carnot-ciklus Kombinált ciklus Diesel-ciklus Ericsson-ciklus Kalina-ciklus Lenoir-ciklus Miller-ciklus Kevert/kettős-ciklus Otto-ciklus Rankine-ciklus Stirling-ciklus Stoddard-ciklus Szerves Rankine-ciklus
szerkeszt

A termodinamika (ma már ritkán használt magyar nevén hőtan) a fizika energiaátalakulásokkal foglalkozó tudományterülete.

Egy magára hagyott termodinamikai rendszerben az intenzív állapotjelzők eloszlása homogénné válik, vagyis a rendszer egyensúlyi állapotba kerül. Az egyensúlyi állapottal a termosztatika foglalkozik. Minden pontjában ugyanakkora nyomás, hőmérséklet stb. lesz. Termodinamikai elveken (is) alapszik pl.: időjáráselőrejelzés, robbanómotorok, repülőgéphajtóművek, hűtőszekrény, kuktafazék, kémény. Néhány fogalom, mely kapcsolódik a termodinamikához: tömeg, tömegáram, hőátadás, munka, hő, belső energia, nyomás, fázis, entrópia, entalpia, fajhő, ideális gáz, Carnot-körfolyamat.

[szerkesztés] Klasszikus termodinamika

[szerkesztés] 0. főtétel: tranzitivitás tétele

Ha A rendszer termodinamikai egyensúlyban van C rendszerrel, és B rendszer is termodinamikai egyensúlyban van C rendszerrel akkor ebből következik, hogy A és B rendszer is termodinamikai egyensúlyban van egymással.

[szerkesztés] I. főtétel – Energiamegmaradás törvénye

Egy termodinamikai rendszer belső energiáját kétféleképpen lehet megváltoztatni: munkavégzéssel és hőközléssel. A rendszer $Δ U$ belső energiájának megváltozása tehát a vele közölt Q hőmennyiség és a rajta végzett W (bármilyen) munka összege:

$\Delta U= Q+W \,$

Áramló közegre a hő, és technikai munka összege így számolható:

$q_{12} + w_{t12} = h_2-h_1 + \frac{1}{2}(c_2^2 - c_1^2)+g(z_2-z_1)$

ahol q a hő, w(t12) a technikai munka, h az entalpia, c a közegáramlás sebessége, g a gravitációs állandó, és z a vizsgált pont magassága (helyzete). Differenciális alakban:

$\mathrm{d}U=\delta Q+ \delta W \,$

Következménye: Nincs olyan periódikusan működő gép, ú.n. elsőfajú perpetuum mobile (örökmozgó), mely hőfelvétel nélkül képes lenne munkát végezni.

[szerkesztés] II. főtétel

Clausius-féle megfogalmazás (1850.):

A természetben nincs és egyetlen géppel – ún. Clausius-géppel – sem hozható létre olyan folyamat, amelyben hő önként, külső munkavégzés nélkül hidegebb testről melegebbre menne át.

Kelvin-Planck-féle megfogalmazás (1851., 1903.):

A természetben nincs és egyetlen géppel – ún. Kelvin-géppel – sem hozható létre olyan folyamat, amelynek során egy test hőt veszít és ez a hő egyéb változások nélkül teljes egészében, 100%-os hatásfokkal munkává alakulna át. A Kelvin-gépet másodfajú perpetuum-mobilenek nevezzük, tehát az állítás szerint nem létezik másodfajú perpetuum-mobile.

[szerkesztés] III. főtétel

Folyékony és szilárd homogén anyagok entrópiája nulla kelvin hőmérsékleten zérus. Ez azt jelenti, hogy a nulla kelvin hőmérséklet a gyakorlatban nem érhető el.

[szerkesztés] Statisztikus termodinamika

[szerkesztés] 0. főtétel

Az egyszerű rendszereknek vannak olyan speciális, u.n. egyensúlyi állapotai, melyek makroszkópikus szempontból egyértelműen jellemezhetőek belső energiájukkal, térfogatukkal, és molekulaszámukkal.

[szerkesztés] 1. főtétel (ekvivalencia tétel)

Egy folyamat során a rendszernek átadott hőt egyértelműen meghatározza a belső energia növekedése és a rendszeren végzett munka az alábbiak szerint:

$\Delta Q=\Delta U-(-\Delta W) \,$

[szerkesztés] 2. főtétel

Minden egyensúlyi rendszerhez rendelhető egy S függvény, a rendszer entrópiája, mely a rendszer állapotát jellemző extenzív paraméterek függvénye. Az entrópia tulajdonságai:

A belső energia növekedésével monoton nő
Extenzív mennyiség
Részleges egyensúlyi állapot entrópiája megegyezik annak az osztott rendszernek az entrópiájával, amelyből a falak szigetelő tulajdonságainak megszüntetésével keletkezett.
Az entrópia legyen a lehető legnagyobb érték, amely a falak még megmaradó szigetelő tulajdonságaival összefér.