1 Θερμοδυναμική

2 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 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.

4 Ένα θερμοδυναμικό σύστημα είναι σε θερμοδυναμική ισορροπία, όταν οι θερμοδυναμικές μεταβλητές που το περιγράφουν έχουν την ίδια τιμή σε όλη την έκταση του αερίου και δεν υπάρχει ροή ύλης ή ενέργειας στο σύστημα. p 0, ρ 0, Τ 0 p 1, ρ 1, Τ 1 Κατάσταση ισορροπίας Α Κατάσταση ισορροπίας Β Κατάσταση μη ισορροπίας

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

6 Αντιστρεπτές μεταβολές

7 Αντιστρεπτή ονομάζουμε εκείνη τη μεταβολή κατά την οποία υπάρχει δυνατότητα επαναφοράς του συστήματος και του περιβάλλοντος στην αρχική τους κατάσταση, μέσα από διαδοχικές καταστάσεις ισορροπίας. Οι μεταβολές στη φύση είναι μη αντιστρεπτές.

8 Πραγματοποίηση αντιστρεπτής μεταβολής

9 A p V A.AA.A B.BB.B B FF Αυτή η μεταβολή δεν μπορεί να παρασταθεί σε διάγραμμα. Παριστάνονται ως σημεία Α και Β μόνο η αρχική και η τελική κατάσταση. Αρχική κατάσταση Α Τελική κατάσταση Β

10 Α B p V A.AA.A B.BB.B Μια αντιστρεπτή μεταβολή παριστάνεται με μια συνεχή γραμμή. Κάθε αντιστρεπτή μεταβολή είναι μια "αργή" διαδικασία.

11 Συνοπτικά, οι προϋποθέσεις κάτω από τις οποίες προσεγγίζουμε μια αντιστρεπτή μεταβολή είναι  η μεταβολή να πραγματοποιείται πολύ αργά σε σχέση με τους χρόνους αποκατάστασης ισορροπίας, ώστε το σύστημα να διέρχεται από διαδοχικές καταστάσεις ισορροπίας και  να μην υπάρχουν απώλειες ενέργειας. Συνοπτικά, οι προϋποθέσεις κάτω από τις οποίες προσεγγίζουμε μια αντιστρεπτή μεταβολή είναι  η μεταβολή να πραγματοποιείται πολύ αργά σε σχέση με τους χρόνους αποκατάστασης ισορροπίας, ώστε το σύστημα να διέρχεται από διαδοχικές καταστάσεις ισορροπίας και  να μην υπάρχουν απώλειες ενέργειας.

12 Έργο παραγόμενο από αέριο κατά τη διάρκεια μεταβολών όγκου.

13 ΔxΔx F ΔW = F.Δx F = p.A ΔW = p.A.Δx ΔW = p.ΔV A.A..B.B p V V1V1 V1+ΔVV1+ΔV ΔWΔW

14 Υπολογισμός έργου από γραφική παράσταση p – V. VαVα VτVτ p V A.A..B.B Το έργο ενός αερίου σε μια αντιστρεπτή μεταβολή αριθμητικά είναι ίσο με το εμβαδόν της επιφάνειας που περικλείεται από τη γραμμή του διαγράμματος και τον οριζόντιο άξονα σε γραφ. παράσταση p – V. W ΑΒ

15 Διερεύνηση της σχέσης W =p.ΔV Αν ΔV>0 V τ -V α >0 V τ >V α (εκτόνωση) τότε W>0 (έργο θετικό) ( μεταφορά ενέργειας από το αέριο στο περιβάλλον ) Αν ΔV>0 V τ -V α >0 V τ >V α (εκτόνωση) τότε W>0 (έργο θετικό) ( μεταφορά ενέργειας από το αέριο στο περιβάλλον ) Αν ΔV<0 V τ -V α <0 V τ <V α (συμπίεση) τότε W<0 (έργο αρνητικό) ( μεταφορά ενέργειας από το περιβάλλον στο αέριο ) Αν ΔV<0 V τ -V α <0 V τ <V α (συμπίεση) τότε W<0 (έργο αρνητικό) ( μεταφορά ενέργειας από το περιβάλλον στο αέριο )

16 Εφαρμογή

17 V /m p/p/p/p/ Α Β Γ Ένα αέριο υφίσταται τις μεταβολές που φαίνονται στην παρακάτω γραφική παράσταση p-V. Να υπολογίσετε το έργο κατά τις μεταβολές ΑΒ, ΒΓ, ΑΒΓ και ΓΒΑ.