Fizica clasa a X-a
Daniel A. POPA Clasa a X-a Is Capitolul II. FENOMENE TERMICE
Capitolul 1. NOTIUNI DESPRE STRUCTURA CORPURILOR. 1.1 STRUCTURA STRUCTURA DISCONTINUA DISCONTINUA A SUBSTANTEI SUBSTANTEI
Inca din antichitate, filozofii greci, LEUCIP si DEMOCRIT adepti ai cuntului materialist grec, au formulat CONCEPTIA ATOMISTA a substantelor. Acesta avea avea la baza idea idea ca substa substanta nta are o struct structura ura granul granulara ara,, discre discreta ta partic particule ulele le constituente fiind indivizibile si eterne. Particulele constituente ale substantei sunt MOLECU MOLECULEL LELE E si ATOMII ATOMII,, conform conform concept conceptiei iei modern modernee asupra asupra struct structuri uriii substantei. Experimental s-a pus in evidenta faptul ca moleculele (atomii) oricarui corp se afla intr-o miscare de agitatie permanenta, dezordonata numita MISCARE TERMICA sau AGITATIE TERMICA. 1.2 MARIMI LEGATE DE STRUCTURA DISCRETA A SUBSTANTEI SUBSTANTEI
Atom Atomii ii si mole molecul culel elee fiin fiind d foar foarte te mici mici,, mase masele le lor lor nu pot pot fi expri exprima mate te convenab convenabil il folosi folosind nd unitat unitatiil iilee de masura masura convent convention ionale ale.. Ca urmare urmare,, a fost fost definite o unitate de masa fata de care masa atomilor (moleculelor) sa fie exprimate cu ajutorul unor numere intregi – UNITATEA ATOMICA DE MASA, simbolizata u (u.a.m) 1 u = 1,660 540 2(10) x 10-27 kg (cu o incertitudine relativă de 0,59 x 10-6) Def. Unitatea atomica de masa reprezinta a 12-a parte din masa atomica a izotopului de carbon(126 C ) ALTE MARIMI FOLOSITE FRECVENT:
1.
Numarul care arata de cate ori masa unui 12 atom este este mai mai mare mare decat decat a 12-a parte parte din masa masa atomul atomului ui de carbon.( carbon.(6 C ) Simbol: Ar MASA ATOMICA ATOMICA RELATIVA: RELATIVA:
MOLECULA RA RELATIVA RELATIV A: Numarul care arata de cate ori 2. MASA MOLECULARA masa unei molecule este mai mare decat a 12-a parte din masa atomului de carbon. (126 C) Simbol: Mr Ambele marimi sunt adimensionale (nu au unitate de …?)
3. MOL : cantitatea de substanta a carei masa, exprimata in grame, este numeric egala cu masa moleculara relative a substantei date. Exemplu: 1 mol de apa (H2O) este cantitatea de apa a carei masa este egala cu 32g.
1
Fizica clasa a X-a
Daniel A. POPA Clasa a X-a Is
Masa unui mol se numeste MASA MOLARA si se noteaza μ. Ea are ca unitati de masura g/mol sau Kg/Kmol. In SI, se foloseste 1Kmol(Kilomol), 1kmol=103mol. Particularitati ale molului:
a. Numarul de molecule cuprinse intr-un mol este acelasi, indifferent de natura substantei si se numeste NUMARUL LUI AVOGADO, NA si are o valoare aproximativa: NA=6,023×1023 particule/mol; NA =6,022 137 7×1023 particule/mol (CODATA) NA =6,022 137 79×1023 particule/mol NIST (Institutul Naţional de Standarde şi Tehnologie) In aceleasi conditii de temperature si presiune, un mol dintr-un gaz oarecare ocupa acelasi volum, numit VOLUM MOLAR, Vμ0 (in conditii normale t=0 °C, p=1 atm)
Vμ0 = 22,42 l/mol sau in SI Vμ0 = 22,42 m3/Kmol Capitolul 2. NOTIUNI TERMODINAMICE DE BAZA Termodinamica studiaza fenomenele termice fara a tine seama de structura intima, atomo-moleculara a corpurilor. Ea studiaza fenomenele in care participa corpuri ale caror dimensiuni sunt perceptibile si obisnuite pentru om. Astfel de corpuri, formate dintr-un numar foarte mare dar finit de molecule sau atomi se numesc CORPURI MACROSCOPICE, iar fenomenele ce au loc in aceste corpuri – FENOMENE MACROSCOPICE. Termodinamica foloseste numai marimi ce pot fi masurate direct (presiunea, volumul, etc.) sau care pot fi calculate cu ajutorul altor marimi stabilite pe cale experimentala. 2.1 Definitii: ATOMUL : cea mai mica particular dintr-o substanta care, prin procedee chimice obisnuite, nu mai poate fi fragmentata in particule mai simple. MOLECULA: cea mai mica particular dintr-o substanta care poate exista in stare libera si care pastreaza proprietatile substantei respective. SISTEM TERMODINAMIC : Orice corp macrospopic sau ansamblu bine precizat de corpuri macroscopice. Exemple: - un gaz intr-un cilindru cu piston - apa dintr-un vas - o bara metalica - amestecul de apa cu gheata, etc.
2
Fizica clasa a X-a
Daniel A. POPA Clasa a X-a Is
MEDIUL EXTERIOR: Corpurile care nu fac parte din sistemul termodinamic (cunoscute si sub numele de corpuri exterioare). SISTEMUL IZOLAT: Sistemul care nu interactioneaza sin u face schimb de masa cu mediul exterior (nu exista in natura). SISTEM NEIZOLAT: Sistemul care interactioneaza cu mediul exterior (corpurile exterioare). SISTEM INCHIS: Sistemul care face schimb de energie cu mediul exterior, dar nu face schimb de energie si de masa cu mediul exterior. SISTEM DESCHIS: Sistemul care face schimb de energie si de masa cu mediul exterior. STAREA SISTEMULUI TERMODINAMIC: sistemului la un moment dat.
Totalitatea
proprietatilor
PARAMETRII DE STARE: Un ansamblu de marimi fizice masurabile, care determina starea sistemului termodinamic si care caracterizeaza proprietatile sistemului termodinamic.
Parametrii de stare se clasifica in doua categorii: – unii pot lua valori arbitrare si se numesc PARAMETRII INDEPENDENTI (pentru un fluid se pot allege prsiunea( p) si volumul, (V) – ceilalti parametrii pot fi exprimati in functie de parametrii independenti, prin folosirea unor relatii cunoscute. STAREA DE ECHILIBRU TERMODINAMIC: Starea in care toti parametrii ce o caracterizeaza NU se modifica in timp, sa altfel spus, parametrii de stare constanti in( t). STAREA DE NEECHILIBRU: Starea unui sistem termodinamic in care parametrii de stare se modifica in timp. OBS: Starea de echilibru termodinamic a unui fluid, care este complet deschisa de volumul (V) si presiunea (p), poate fi reprezentata graphic printr-un PUNCT, intr-un plan de coordinate V si p, numite COORDONATE CLAPEYRON.
p V
A p
O
Un asemenea punct (A) reprezentativ este univoc determinat de parametrii de stare (coordonatele punctului)care au valori cunoscute pentru tot sistemul.
3
Fizica clasa a X-a
Daniel A. POPA Clasa a X-a Is
Transformare de Stare (Proces) : trecerea unui sistem dintr-o stare in alta stare. In decursul transformarii, unul sau mai multi parametrii de stare variaza in timp. Transformare Cvasistatica : transformarea in care parametrii de stare variaza in timp atat de lent incat, la orice moment, sistemul sa poata fi considerat in echilibru. Transformarile cvasistatice pot fi reprezentate grafic . p Daca starea initiala este reprezentata prin 2 punctual 1 si starea finala prin punctual 2, atunci curba 1-2 (locul geometric al starii) reprezinta graficul transformariiprin care trece sistemul din 1 starea de echilibru 1 in starea 2. PROCESELE NATURALE NU SUNT PROCESE CVASISTATICE. Procesul cvasistatic este o abstractie stiintifica, un caz ideal, util insa pentru a intelege esenta fenomenelor. Transformare Necvasistatica: transformarea in urma careia sistemul termodinamictrece dintr-o stare initiala de echilibru intr-o stare de echilibru finala, fara a trece succesiv prin stari intermediare de ech ilibru. Transformarile necvasistaticepot fi reprezentategrafic Transformare ciclica: transformarea in care starea finala a sistemului termodinamic coincide cu starea sa initiala.
Exemple:
p
p
2
1
1
4
2
3
Transformare Reversibila: transformarea in care in urma schimbarii semnului de variatie al parametrilor de stare, sistemul evolueaza de la stare finala la starea finala la starea initiala trecand prin aceleasi stari intermediare de echilibru prin care a trecut in transformarea primara de la starea initiala la starea finala. OBS.: Numai transformarile cvasistatice pot fi reversibile, deoarece insiruirea • continua de stari intermediare de echilibru poate fi parcursa in ambele sensuri. Transformarile necvasistatice sunt transformari ireversibile. • Procesele naturale sunt ireversibile, adica se desfasoara intr-un anumit sens • sin u se pot desfasura de la sine (fara actiune din exterior) in sens opus.
4
Fizica clasa a X-a
Daniel A. POPA Clasa a X-a Is
2.2 Lucrul Mecanic (L), Caldura (Q) si Energia Interna (U) in termodinamica a.) Lucrul Mecanic, L: Un sistem termodinamic poate schimba energie cu exteriorul, fie cedand energie exteriorului, fie primind energie din exterior, fenomen ce se poate produce cu modificarea parametrilor externi. Def. Variatia energiei unui sistem termodinamic prin modificarea parametrilor externi se numeste LUCRU MECANIC si este o marime de process. Conventie de semn 1. Daca S.T. actioneaza asupra exteriorului, cedandu-I energie, atunci L se considera pozitiv ( L>0) 2. Daca S.T. primeste energie din exterior, deci se efectueaza L asupra sistemului, atunci L se considera negativ ( L<0) Interpretarea Geometrica a L
p 1
2
O
Consideram un gaz aflat intr-un cilindru cu piston la presiunea p1 si volumul V1. Datorita fortelor de presiune, gazul efectueaza L, destinzandu-se pana la presiunea p2 si volumul V2. L efectuat este numeric egal cu aria hasurata 12V2V1 L=F*Δx=p*s*Δx / ΔV=p*ΔV=> L=pΔV=p(V2-V1)
b.) Caldura, Q: Sistemul termodinamic ce interactioneaza cu exteriorul poate face schimb de energie in 2 feluri: fie prin lucru mechanic (cu modificarea parametrilor externi), fie prin transfer de caldura (fara modificarea parametrilor externi). Def. Variatia energiei unui sistem termodinamic ce interactioneaza cu mediul exterior, fara modificarea parametrilor externi se numeste CANTITATE DE CALDURA, Q si este marime de proces Conventie de semn 1. Daca S.T. primeste caldura, atunci Q este pozitiv (Q>0) 2. Daca S.T. cedeaza caldura, atunci Q este negativ (Q<0)
5
Fizica clasa a X-a
Daniel A. POPA Clasa a X-a Is
c.) Energia interna, U : Un sistem termodinamic este format dintr-o multime de particule consistente aflate in miscare continua, haotica. Acestea executa o miscare termica si interactioneaza intre ele. Ca urmare, S.T. poseda o energie numita Energie Interna, U.
6
