ترمودینامیك  مبحثی از فیزیك است كه از چگونگی تبدیل انرژی گرمایی به انرژی مكانیكی بحث می كند  به بیان دیگر  از  چگونگی استفاده از حركت رفت وبرگشتی منابع گرمایی وتبدیل آن  به نوعی حركت  دورانی یا محوری كه توسط ماشین گرمایی صورت می گیرد گفتگو می كند0

دستگاه هایی كه گرما را به انرژی مكانیكی تبدیل می كنند
ماشین گرمایی نامیده می شوند مانند

ماشین بخار– موتورهای دیزلی - موتورهای بنرینی – موتورجت0

 

كمیت فیزیكی :

هرچیز كه بتوان اندازه گرفت و یكا داشته باشد كمیت فیزیكی نامیده می شود .

كمیت های  ماكروسكوپیك:

كمیت هایی مانند فشار- دما- گرما- گرمای ویژه  و ....... كه وضعیت ماده  را در مقیاس بزرگ  توصیف  می­كنند    كمیت های  ماكروسكوپیك نامیده می شوند .

دستگاه ومحیط :

در بررسی مسایل و پدیده های فیزیكی معمولاً توجه خود را به بخشی از جهان ( یك جسم یا   مجموعه ای از اجسام ) معطوف می كنیم 0 یعنی تحولات ماده ی خاصی را كه معمولاً مایع یا گاز است در نظر می گیریم و این ماده را دستگاه می نامیم0آنچه در اطراف دستگاه قراردارد و
می تواند با آن تبادل انرژی داشته باشد محیط نامیده می شود .

مشخصات دستگاه :

كمیت هایی كه در یك  سیستم ( دستگاه ) از طریق آزمایش قابل اندازه گیری باشند مختصات (مشخصات ) دستگاه    نامیده می شوند . مانند حجم - فشار  -دما - جرم  كه اگر در مورد یك گاز معلوم  باشد حالت گاز مشخص  است 0

متغیر های ترمودینامیكی :

كمیت های ماكروسكوپیك كه حالت دستگاه را برحسب  آن ها می توان  توصیف كرد متغیرهای ترمودینامیكی
نامیده می شوند. متغیرهای ترمودینامیكی از یك دیگر مستقل نیستند و با هم رابطه دارند .

معادله ی حالت:

رابطه ی بین متغیرهای ترمودینامیكی معادله ی حالت نامیده می شود .

معادله ی حالت گاز كامل :

هنگامی كه گازها بسیار رقیق اند معادله ی حالت آن ها  ساده و مستقل از نوع گاز است 0 در این حالت  گازكامل نامیده می شوند . تعداد مول ها n    و جرم  مولكولی M  است.

 

" تمرین  :

معادله ی حالت اكسیژن رقیق به صورت  PV= nRT  است معادله ی حالت گازكربنیك  رقیق  به چه صورت است؟

" تمرین  :

تعداد مول های  موجود در    0.16 گرم گاز اكسیژن را  تعیین كنید ( M =  32 g  )

 

" تمرین  :

حجم 8  مول گاز كامل هنگامی كه فشار آن  400  Pa   ودمای آن 300K  است  تعیین كنید

گاز كامل :

گاز كامل  گازی است كه  ذرات آن برهم كنش  ندارند و  معادله ی حالت آن به صورت    PV  =  nRT   می باشد انرژی درونی  گاز كامل فقط  تابع دما است0

 

فرآیندهای ترمودینامیكی :

تحول هایی كه در آن ها دستگاه از یك حالت به حالت دیگر می رود , فرآیندهای  ترمودینامیكی  نامیده می شود

&نكته  :

فرآیند ترمودینامیكی درصورتی كامل است كه دستگاه از یك حالت تعادل به حالت تعادل جدید برسد0

حالت تعادل :

دستگاه ( گازی ) كه دما و فشار در تمام نقاط آن یكسان است در حالت تعادل است

حالت ناپایدار :

اگر دما یا فشار در تمام گاز یكسان نباشد حالت گاز پایدار نیست  و مولكول ها یا اتم ها از مكان هایی كه  فشار یا دما بیش تر است به جاهایی كه فشاریا دما كم تر است آنقدر جابه جا می شوند تا گاز به حالت تعادل برسد0

 

فرآیند آرمانی(ایده آل ) :

 

برای بررسی  رفتارهای گاز  با  استفاده از علم ترمودینامیك باید فرآیند ( مثلا مبادله گرما یا كار  )  با دستگاه  را آنقدر آهسته انجام دهیم كه گاز در هرلحظه به حالت تعادل بسیار نزدیك باشد  ودر نتیجه متغیرهای  ترمودینامیكی در حین فرآیند در همه جا یكسان ومقدار  مشخصی داشته باشند0

 

&نكته  :

 

در این صورت با معلوم بودن متغیرهای ترمودینامیكی 
می توان  همه ی مراحل فرآیند را در نمودارهای (P - V ) یا
( P - T )  یا (V - T  ) نمایش  داد0

 

&نكته  :

 

هنگامی كه دوكمیت از سه كمیت   ( T -  V -  P )مشخص باشند می گوییم حالت دستگاه مشخص است.

 

مسیرفرآیند :

 

عبارت است از مجموعه حالت هایی كه یك سیستم 
(دستگاه ) در حین تحول از یك حالت ابتدایی به یك حالت نهایی به خود می گیرد0

 

تبادل انرژی :

 

تبادل انرژی بین محیط ودستگاه از طریق كار و گرما صورت می گیرد0

 

گرما  :

 

گرما انرژی است كه به علت اختلاف دما بین دو جسم مبادله می شود 0 به عبارت دیگر گرما هنگامی بین دو محیط مبادله می شود كه با هم اختلاف دما داشته باشند.

 

قرارداد : ( علامت گرما  در كتاب فیزیك3 )

 

بنا به قرارداد گرمایی را كه دستگاه می گیرد با علامت مثبت و گرمایی كه دستگاه از دست می دهد با علامت منفی  نشان  می دهیم.

 

منبع گرما:

 

جسمی است كه اگرگرما از دست بدهد یا  گرما بگیرد دمای آن به طور قابل ملاحظه ای تغییرنكند. 0

 

مبادله ی كار  :

 

در فرآیندهای ترمودینامیكی كه گاز  متراكم یا منبسط می شود كار مبادله می شود  به عبارت دیگر تبادل انرژی  بین دستگاه و محیط از طریق كار صورت می گیرد0

 

علامت كار

:

W´ كاری كه دستگاه روی محیط انجام می دهد قرینه ی
كار (W) است  كه محیط روی دستگاه انجام می دهد
( W= -W´ )

 

نكته  :

 

در تراكم كاری كه  دستگاه  دریافت  می كند (W    > 0  )

درانبساط كاری كه  دستگاه  دریافت  می كند (W  < 0 )

" تمرین  :

 

گازی را متراكم می كنیم  علامت W    و  W´ را تعیین كنید 0

&نكته  :

در حین فرآیند ترمو دینامیكی دستگاه و محیط به ترتیب نیروها یF′   و  F   را بر یك دیگر وارد می كنند كه كنش و واكنش  یك دیگرند 0هنگامی كه  تراكم یا انبساط صورت می گیرد در یك جابه جایی معین كار این نیروها قرینه ی  
یك دیگر می شود.

&نكته  :

درصورتی كه فرآیند آرمانی باشد بامعلوم بودن متغیرهای  ترمودینامیكی می توان همه ی مراحل فرآیند را در     نمودارهای  ( P – V )  یا   (    (  P - T   یا (    (  V  -  T   نمایش داد

" تمرین  :

حجم یك مول  گاز كامل   5 lit    است در حجم ثابت  دمای آن را از 300 K   به 400 K   می‌رسانیم  نمودار  P - V  را برای آن رسم كنید .

" تمرین  :

در مثال قبل  نمودارهای P - T   ,   V - T    را رسم كنید .

" تمرین  :

حجم 10 mol  گاز كامل را كه  نمودار  ( P- T  ) آن داده شده است در نقطه ی  a تعیین كنید

محاسبه ی كار به كمك نمودار :

 

سطح زیر نمودار ( P-V ) برابر كار مبادله شده است اگر تراكم داشته باشیم ( W > 0 ) و اگر افزایش حجم (انبساط) داشته باشیم ( W < 0 )

" تمرین  :

در نمودارهای زیر كاری را كه روی دستگاه انجام می شود محاسبه كنید

انرژی درونی :

 

انرژی درونی  یك ماده  با مجموع انرژی های  مولكول های تشكیل دهنده ی آن ماده برابراست 0 به طور دقیق تر می توان  گفت كه انرژی درونی با مجموع انرژی های جنبشی و پتانسیل مولكول های آن ماده برابر است . انرژی درونی  گاز كامل  فقط تابع دمای مطلق است 0

 

توجه‼:

 

انرژي دروني گاز كامل  تك اتمي : انرژي دروني  گاز كامل تك اتمي  از     رابطه ي زير به دست مي آيد :

U = 3 /2 nRT

توجه‼:

 

انرژي دروني  گاز كامل دو  اتمي از رابطه ي زير به دست مي آيد

U =  5/2 nRT

 

نظرات شما عزیزان: