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