2. termodynamický princip

2. termodynamický princip

 Definice 2. věty termodynamiky:
a)  podle Clausia – teplo nemůže samovolně přecházet z tělesa chladnějšího na teplejší 
b) podle Kelvina – není možná úplní přeměna tepla na práci
 
Entropie
-  je jedna z termodynamických veličin, která se používá při hodnocení druhé věty termodynamiky
-  z její změny lze usoudit, zda je děj možný, tedy zda může samovolně probíhat
-  Clausius definoval entropii vztahem:

-  při reverzibilním izotermickém ději je změna entropie systému rovna teplu, které systém vyměnil s okolím, děleným teplotou, při které výměna probíhá
-  při neizotermickém reverzibilním ději je nutno napsat rovnici v diferenciálním stavu:
-  matematická formulace 2. věty termodynamiky:

Význam entropie:
-  entropie je mírou neuspořádanosti soustavy, větší neuspořádanost větší entropie
-  entropie roste při skupenských přeměnách s® l ® g
-  na základě změny entropie můžeme předvídat zda děj bude za určitých podmínek probíhat či nikoli
1) entropie při samovolných dějích stoupá  DS > 0
2) entropie soustavy v rovnovážném stavu je stálá a maximální DS = 0
3) entropie při nesamovolných dějích klesá DS < 0
 
Výpočet entropie -  uvažujeme výpočet pro IP
Izotermický vratný děj  t = konst. DU = 0
 
Tepelné stroje-Carnotův cyklus
- přeměna tepla na práci se provádí v tepelných strojích
- nejznámější tepelné stroje:parní stroj, spalovací motory
- základním rysem je cyklická práce
- Carnot stanovil optimální podmínky tepelného pístového stroje
 
- stroj přijme z tepelného zásobníku T2 teplo Q2, jehož část přeměníme na práci –W a část předá chladnějšímu zásobníku T1
 
Carnotův cyklus má 4 doby (uvažujeme 1 mol IP):
1. Izotermická vratná expanze - stroj koná práci, válec načerpá teplo Q2, které převede při teplotě T2 na práci
2. Adiabatická expanze - válec tepelně izolujeme a plyn adiabaticky expandujeme na úkor vnitřní energie, teplota klesne z T2 na T1
3. Izotermická komprese vratná - stroj je připojen k chladnějšímu zásobníku a předává mu teplo Q1
4. Adiabatická komprese - stroj je odpojen od tepelného zásobníku, přijímá práci,jeho vnitřní energie se zvýší,teplota stoupne z T1 na T2
 
-  celková práce, vykonaná během jednoho cyklu je součtem dílčích prací
-  plocha představuje maximální práci, kterou lze z tepelného stroje získat
-  podmínkou návratu stroje do počátečního stavu je: V2 / V1 = V3 / V4
 
Účinnost Carnotova cyklu:
-  účinnost se rovná výkonu a příkonu, výkon je práce –W a příkon Q2 (teplo)
 
-  účinnost závisí pouze na teplotách T2 a T1 a nezávisí na druhu plynu
-  účinnost je 40 – 50%
 

Helmholtzova a Gibbsova energie

- chemická reakce probíhá nejčastěji v uzavřené soustavě za konst. tlaku, popřípadě objemu a teploty
- uvažujeme tedy uzavřený systém reverzibilní děj
1. věta termodynamiky 2. věta termodynamiky

- práce W přestavuje maximální užitečnou práci, kterou může soustava vykonat při vratném izotermickém ději.
- protože U, T a S jsou stavové veličiny, můžeme zavést do stavu novou stavovou veličinu F, což je Helmholtzova energie  F = U – T.S
- pro izotermický vratný děj   DF = DU – T.DS
- Helmhotzova energie je přeměnitelná na práci a často se ji říká volná energie
- změna Gibbsovy energie představuje maximální neobjemovou práci při izotermicko-  izobarickém ději
- význam F a G ,spočívá v určování samovolnosti děje
Shrnutí:
  1) DG < 0  - samovolný děj
  2) DG = 0  - případ rovnováhy
  3) DG > 0  - nesamovolný děj