Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Θερμοδυναμικό σύστημα – Μακροσκοπικές μεταβλητές.

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Παρουσίαση με θέμα: "Θερμοδυναμικό σύστημα – Μακροσκοπικές μεταβλητές."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Θερμοδυναμικό σύστημα – Μακροσκοπικές μεταβλητές

2 Τι είναι ένα θερμοδυναμικό σύστημα; Τι είναι ένα θερμοδυναμικό σύστημα; Ως σύστημα θεωρούμε ένα τμήμα του φυσικού κόσμου, που διαχωρίζεται από τον υπόλοιπο κόσμο με πραγματικά ή νοητά τοιχώματα. Ως θερμοδυναμικό σύστημα θεωρούμε το σύστημα εκείνο, για την περιγραφή του οποίου χρησιμοποιούνται και θερμοδυναμικά μεγέθη, όπως θερμοκρασία, θερμότητα, εσωτερική ενέργεια κλπ.

3 Με τι πρόκειται να ασχοληθούμε στη συνέχεια; ασχοληθούμε με τα απλούστερα θερμοδυναμικά συστήματα, τα αέρια, που βρίσκονται σε δοχεία, στο εσωτερικό των οποίων δεν γίνονται Θα ασχοληθούμε με τα απλούστερα θερμοδυναμικά συστήματα, τα αέρια, που βρίσκονται σε δοχεία, στο εσωτερικό των οποίων δεν γίνονται χημικές αντιδράσεις. εξήγηση των αερίων φαινομένων στηρίζεται τόσο στη μακροσκοπική, όσο και στη μικροσκοπική προσέγγιση Η εξήγηση των αερίων φαινομένων στηρίζεται τόσο στη μακροσκοπική, όσο και στη μικροσκοπική προσέγγιση των ιδιοτήτων των αερίων.

4 Στη μακροσκοπική προσέγγιση ασχολούμαστε με μεγέθη μεγάλης κλίμακας, όπως η πίεση, ο όγκος, η θερμοκρασία και η ποσότητα του υλικού. μακροσκοπική μακροσκοπική Στη μακροσκοπική προσέγγιση ασχολούμαστε με μεγέθη μεγάλης κλίμακας, όπως η πίεση, ο όγκος, η θερμοκρασία και η ποσότητα του υλικού. μακροσκοπική μακροσκοπική Στη μικροσκοπική προσέγγιση ασχολούμαστε με ποσότητες μικρής κλίμακας, όπως οι ταχύτητες, οι κινητικές ενέργειες, οι ορμές και οι μάζες των μορίων του υλικού.

5 Για να περιγράψουμε τη συμπεριφορά μιας ποσότητας αερίου, χρειάζεται να γνωρίζουμε τις τιμές των φυσικών μεγεθών: πίεση (p), όγκος (V), θερμοκρασία (Τ). Τα μεγέθη αυτά είναι οι θερμοδυναμικές μεταβλητές του ιδανικού αερίου. Για να περιγράψουμε τη συμπεριφορά μιας ποσότητας αερίου, χρειάζεται να γνωρίζουμε τις τιμές των φυσικών μεγεθών: πίεση (p), όγκος (V), θερμοκρασία (Τ). Τα μεγέθη αυτά είναι οι θερμοδυναμικές μεταβλητές του ιδανικού αερίου.

6 Ένα θερμοδυναμικό σύστημα είναι σε θερμοδυναμική ισορροπία, όταν οι θερμοδυναμικές μεταβλητές (p, V, T) που το περιγράφουν έχουν την ίδια τιμή σε όλη την έκταση του αερίου. p 0, ρ 0, Τ 0 p 1, ρ 1, Τ 1 Κατάσταση ισορροπίας Α Κατάσταση ισορροπίας Β Κατάσταση μη ισορροπίας

7 γραφικά Η κατάσταση θερμοδυναμικής ισορροπίας ενός συστήματος μπορεί να παρασταθεί γραφικά στο επίπεδο με ένα σημείο. Α Β Τ0Τ0 Τ1Τ1 p0p0 p1p1 Τ p

8 πίεσηπίεση; Τι είναι πίεση;πίεση πίεση; Τι είναι πίεση;πίεση p F S A Πίεση p είναι το μονόμετρο μέγεθος που υπολογίζεται από το πηλίκο του μέτρου της δύναμης F που ασκείται κάθετα σε μία επιφάνεια S (ή A) προς το εμβαδόν της επιφάνειας. Μονάδα πίεσης στο S.I. είναι:

9 Για τον όγκο V 1m 3. Μονάδα όγκου στο S.I. είναι: 1m 3. 1m 3 = 1000L Για την (απόλυτη) θερμοκρασίαΤ Για την (απόλυτη) θερμοκρασία Τ 1 βαθμός Κelvin (K). Μονάδα θερμοκρασίας στο S.I. είναι: 1 βαθμός Κelvin (K). Σχέση κλίμακας Κέλβιν και Κελσίου (θ 0 C) Τ = θ

10 Νόμοι των αερίων Θα μελετήσουμε μακροσκοπικά ένα αέριο μέσα από το συσχετισμό  της πίεσης,  του όγκου και της  θερμοκρασίας του αερίου. Θα μελετήσουμε μακροσκοπικά ένα αέριο μέσα από το συσχετισμό  της πίεσης,  του όγκου και της  θερμοκρασίας του αερίου.

11 Νόμος του Boyle (Ισόθερμη μεταβολή) Νόμος του Boyle (Ισόθερμη μεταβολή) Robert Boyle (1627 – 1691) Η πίεση ορισμένης ποσότητας αερίου, του οποίου η θερμοκρασία παραμένει σταθερή, είναι αντίστροφα ανάλογη με τον όγκο του. p.V = σταθ., όταν Τ = σταθ.

12 Γραφικές παραστάσεις Α. Πίεσης - Όγκου 0 p/Pa V/m 3 A B p1p1 p2p2 Ισόθερμη εκτόνωση V1V1 V2V2 Τ Α =Τ Β

13 Β. Πίεσης-Θερμοκρασίας Γ. Όγκου-Θερμοκρασίας p/Pa T/K 0 p1p1 p2p2 A B Ισόθερμη εκτόνωση 0 V/m 3 T/K Ισόθερμη εκτόνωση B A V1V1 V2V2

14 Νόμος του Charles (Ισόχωρη μεταβολή) (Ισόχωρη μεταβολή) (Ισόχωρη μεταβολή) Jacques Charles (1746 – 1823) Η πίεση ορισμένης ποσότητας αερίου του οποίου ο όγκος διατηρείται σταθερός είναι ανάλογη με την απόλυτη θερμοκρασία του αερίου. V = σταθ. όταν V = σταθ.

15 Γραφικές παραστάσεις Α. Πίεσης - Θερμοκρασίας p/Pa T/K V =σταθ. Ισόχωρη θέρμανση 0 A B p1p1 p2p2 T1T1 T2T2

16 Β.Πίεσης - Όγκου Β. Πίεσης - Όγκου Γ. Όγκου-Θερμοκρασίας 0 p/Pa V/m 3 T1T1T1T1 T2T2T2T2 A B p1p1 p2p2 T2>T1T2>T1T2>T1T2>T1 Ισόχωρη θέρμανση 0 V/m 3 T/K Ισόχωρη θέρμανση AB T1T1 T2T2

17 Joseph Gay-Lussac (1778 – 1850) Νόμος του Gay-Lussac (Ισοβαρής μεταβολή) (Ισοβαρής μεταβολή) (Ισοβαρής μεταβολή) Ο όγκος ορισμένης ποσότητας αερίου, όταν η πίεσή του διατηρείται σταθερή, είναι ανάλογος με την απόλυτη θερμοκρασία του. όταν p = σταθ.

18 Γραφικές παραστάσεις Α. Όγκου - Θερμοκρασίας T/K p=σταθ. 0 A B T1T1 T2T2 V/m 3 V1V1 V2V2 Ισοβαρής θέρμανση ή εκτόνωση

19 Β. Πίεσης - Όγκου Γ. Πίεσης-Θερμοκρασίας 0 p/Pa V/m 3 T1T1T1T1 T2T2T2T2 T2>T1T2>T1T2>T1T2>T1 V1V1 V2V2 AB Ισοβαρής θέρμανση ή εκτόνωση 0 T/K AB T1T1 T2T2 p/Pa Ισοβαρής θέρμανση ή εκτόνωση

20 Με τις πειραματικές τιμές που δίνονται στους παρακάτω πίνακες, να σχεδιάσετε σε μιλιμετρέ χαρτί τις αντίστοιχες γραφικές παραστάσεις: Γραφικές παραστάσεις T=300K n=1mol V/L5,986,987,988,989,9810,9811,9812,9813, p/atm4,123,533,092,752,472,252,061,901,771,65 p V 1. p - V

21 V T 2. V - T p=5atm n=1mol T/K V/L55,105,195,435,76 p T 3. p - T V=4L n=1mol T/K148,11245,23342,35366,63 p/atm3,055,057,057,55 1L=10 -3 m 3, 1atm=1, Pa

22 Καταστατική εξίσωση των αερίων

23 Τι είναι άραγε ιδανικό αέριο; μοντέλοιδανικού αερίου Το μοντέλο του ιδανικού αερίου έχει τα παρακάτω χαρακτηριστικά:

24 Το μοντέλο του ιδανικού αερίου Το μοντέλο του ιδανικού αερίου Τα μόρια του αερίου βρίσκονται σε μια διαρκή άτακτη κίνηση. Ο όγκος των μορίων είναι πολύ μικρός, σε σχέση με τον όγκο που καταλαμβάνει το αέριο. Μεταξύ των μορίων δεν ασκούνται σημαντικές δυνάμεις, παρά μόνο στη διάρκεια μιας κρούσης. Έτσι, μεταξύ δύο διαδοχικών κρούσεων το μόριο κινείται με σταθερή ταχύτητα. Οι κρούσεις των μορίων θεωρούνται ελαστικές και έχουν αμελητέα διάρκεια. Τα μόρια του αερίου βρίσκονται σε μια διαρκή άτακτη κίνηση. Ο όγκος των μορίων είναι πολύ μικρός, σε σχέση με τον όγκο που καταλαμβάνει το αέριο. Μεταξύ των μορίων δεν ασκούνται σημαντικές δυνάμεις, παρά μόνο στη διάρκεια μιας κρούσης. Έτσι, μεταξύ δύο διαδοχικών κρούσεων το μόριο κινείται με σταθερή ταχύτητα. Οι κρούσεις των μορίων θεωρούνται ελαστικές και έχουν αμελητέα διάρκεια.

25 Η συμπεριφορά ενός πραγματικού αερίου διαφέρει από εκείνη ενός ιδανικού αερίου. Όσο πιο πολύπλοκη είναι η δομή του μορίου ενός πραγματικού αερίου, τόσο περισσότερο αποκλίνει από το ιδανικό αέριο. Σε όσα θα εξετάσουμε θα δεχόμαστε ότι τα αέρια συμπεριφέρονται σαν ιδανικά. Η συμπεριφορά ενός πραγματικού αερίου διαφέρει από εκείνη ενός ιδανικού αερίου. Όσο πιο πολύπλοκη είναι η δομή του μορίου ενός πραγματικού αερίου, τόσο περισσότερο αποκλίνει από το ιδανικό αέριο. Σε όσα θα εξετάσουμε θα δεχόμαστε ότι τα αέρια συμπεριφέρονται σαν ιδανικά.

26 Καταστατική εξίσωση ιδανικών αερίων Ο συνδυασμός των τριών νόμων των αερίων μας δίνει την εξίσωση: p.V = n.R.T R = σταθερά των ιδανικών αερίων = 8,314 n n : ο αριθμός των mol που μπορεί να εκφρασθεί: ήή

27 Άλλες μορφές της καταστατικής εξίσωσης: ρ ή Ιδανικό αέριοείναι το αέριο για το οποίο ισχύει η καταστατική εξίσωση για όλες τις πιέσεις και θερμοκρασίες. Ιδανικό αέριο είναι το αέριο για το οποίο ισχύει η καταστατική εξίσωση για όλες τις πιέσεις και θερμοκρασίες.

28 Α. Παρατηρήσεις στην ισόθερμη μεταβολή.   Ίδια ποσότητα αερίου σε διαφορετικές θερμοκρασίες   Διαφορετικές ποσότητες αερίου στην ίδια θερμοκρασία 0 p/Pa V/m 3 T1T1T1T1 T2T2T2T2 T3T3T3T3 AB Γ Όσο μεγαλύτερη θερμοκρασία, τόσο η υπερβολή απομακρύνεται από την αρχή των αξόνων. Τ 3 > Τ 2 > Τ 1 V1V1 V2V2 V3V3 0 p/Pa V/m 3 n1n1n1n1 n2n2n2n2 AB V1V1 V2V2 Όσο μεγαλύτερη ποσότητα αερίου, τόσο η υπερβολή απομακρύνεται από την αρχή των αξόνων. n 2 > n 1 n =σταθ. T =σταθ.

29 Β. Παρατηρήσεις στην ισόχωρη μεταβολή.   Ίδια ποσότητα αερίου σε διαφορετικούς όγκους   Διαφορετικές ποσότητες αερίου στον ίδιο όγκο p/Pa 0 T/K V1V1V1V1 V2V2V2V2 n =σταθ. V 1 > V 2 p/Pa 0 T/K n1n1n1n1 n2n2n2n2 V =σταθ. n 2 > n 1 p1p1 p2p2 p1p1 p2p2

30 Γ. Παρατηρήσεις στην ισοβαρή μεταβολή.   Ίδια ποσότητα αερίου σε διαφορετικές πιέσεις   Διαφορετικές ποσότητες αερίου στην ίδια πίεση V/m 3 0 T/K p1p1p1p1 p2p2p2p2 n =σταθ. p 1 > p 2 V/m 3 0 T/K n1n1n1n1 n2n2n2n2 p =σταθ. n 2 > n 1 p1p1 p2p2 p1p1 p2p2

31 Κυκλική μεταβολή Κυκλική ονομάζεται η μεταβολή της κατάστασης ορισμένης ποσότητας ιδανικού αερίου, η οποία αποτελείται από ένα σύνολο διαδοχικών καταστάσεων ισορροπίας διαφορετικών μεταξύ τους, εκτός από την αρχική και τελική κατάσταση που συμπίπτουν. 0 p/Pa V/m 3 p1p1 p2p2 V1V1 V2V2 A BΓ Τ1Τ1Τ1Τ1 Τ2Τ2Τ2Τ2

32 Εφαρμογές

33 Α. Ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής 1. Η αντιστρεπτή θερμοδυναμική μεταβολή ΑΒ που παρουσιάζεται στο διάγραμμα πίεσης – όγκου (p–V) του σχήματος περιγράφει: α. ισόθερμη εκτόνωση. β. ισόχωρη ψύξη. γ. ισοβαρή συμπίεση. δ. ισόχωρη θέρμανση. 2. Στην ισόχωρη θέρμανση ιδανικού αερίου: α. ο όγκος του παραμένει σταθερός. β. η πίεση του παραμένει σταθερή. γ. η εσωτερική του ενέργεια παραμένει σταθερή. δ. η θερμοκρασία του παραμένει σταθερή.

34 3. Ποιο από τα παρακάτω διαγράμματα αντιστοιχεί σε μια ισόθερμη μεταβολή ;

35 4. Ιδανικό αέριο βρίσκεται σε δοχείο σταθερού όγκου V. Το αέριο το ψύχουμε μέχρις ότου η απόλυτη θερμοκρασία του υποδιπλασιαστεί. Τότε η πίεση του p θα α. διπλασιαστεί. β. μείνει σταθερή. γ. υποδιπλασιαστεί. δ. τετραπλασιαστεί. 5. Ορισμένη ποσότητα ιδανικού μονοατομικού αερίου συμπιέζεται αντιστρεπτά και ισόθερμα στο του αρχικού όγκου. Η τιμή της μέσης κινητικής ενέργειας των μορίων του αερίου: α. παραμένει αμετάβλητη. β. διπλασιάζεται. γ. υποδιπλασιάζεται. δ. τετραπλασιάζεται.

36 6. Στο παρακάτω διάγραμμα πίεσης - όγκου (p–V) παριστάνονται αντιστρεπτές μεταβολές ορισμένης ποσότητας ιδανικού αερίου. Α. Να χαρακτηρίσετε τις μεταβολές Α  Β και Β  Γ, που υφίσταται το αέριο, αν Τ 1 <Τ 2. Β. Να παραστήσετε ποιοτικά τις παραπάνω μεταβολές σε διάγραμμα πίεσης - θερμοκρασίας (p–T).

37 5. ∆ύο δοχεία Α και Β ίσου όγκου περιέχουν ιδανικό αέριο µε αριθµό mol n Α και n Β αντίστοιχα, όπου n Α >n Β. Αν το αέριο του κάθε δοχείου υποστεί ισόχωρη αντιστρεπτή µεταβολή, ποιο από τα παρακάτω διαγράµµατα είναι σωστό; Να δικαιολογήσετε την απάντησή σας.


Κατέβασμα ppt "Θερμοδυναμικό σύστημα – Μακροσκοπικές μεταβλητές."

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Διαφημίσεις Google