Zkoumá zákony vzájemné přeměny tepelné energie, ale i jiných energií. Zkoumá je v systémech tvořených mnoha částicemi.
Základní vlastnosti termodynamických systémů
Termodynamický systém je množina prvků oddělených od okolí – okolí muže být jakákoli množina prvků, myšlená i reálna. Je to tedy všechno, co není termodynamický systém. Ve skutečnosti rozlišujeme tři typy termodynamických systémů.
1. Izolovaný systém – nevyměňuje nic s okolím, tedy ani hmotu, ani energii.
Příkladem muže být ideálně zaizolovaná termoska, která s okolím nevyměňuje ani teplo ani chlad.
2. Uzavřený systém – vyměňuje si s okolím energii, ale částice ne.
Například hrnek s teplým čajem přikrytý pokličkou, který sice po čase ochladne, ale neubudne z něho.
3. Otevřený systém – vyměňuje s okolím částice i energii. Je to každý živý organismus, protože každý živý systém potřebuje od okolí látky přijímat i je odevzdávat.
Příkladem muže být hrnek, ale bez pokličky, protože tento hrnek po čase ochladne (ubyde energie), a taky se z něj vypaří pár molekul vody (ubydou částice – hmota).
Termodynamická rovnováha
Nepozorujeme v něm během dlouhé doby žádné velké změny, toky látek ani energie.
V dané soustavě jsou ukončeny všechny děje – to je tepelná výměna, vyrovnaly se tlaky, koncentrace látek, ustaly všechny chemické reakce.
Tento stav popisujeme hlavně v izolovaných systémech, ale teoreticky (jenom teoreticky!) k němu může dojít i v otevřeném systému.
1. Vratný dej (reverzibilní) – rovnovážný dej přeběhne v jednom směru a pak v opačném směru, přičemž se dostane zpět do původního stavu. Skutečné děje se ideálnímu vratnému pouze přibližuji.
2. Nevratný dej (ireverzibilní) – všechny skutečné děje jsou nevratné v reálnem prostředí. Jakmile obrátíme postup, tak systém není možné vrátit do původního stavu.
Bez vnějšího působení probíhají jen v jednom směru, na opačné působení je nutné vynaložit určitou energii.
3. Kruhový děj – začáteční a konečny stav systému jsou totožné
Relaxační čas – čas, během kterého probíhají po zásahu do rovnovážného systému nevratné děje, dokud se neustanoví nová rovnováha.
Stavové veličiny
Stavové veličiny slouží k popsání termodynamických vlastností systému v rovnováze. Jejich změna je po skončení vratného kruhového děje (děj, při kterém je konečný stav soustavy totožný se začátečním stavem) nulová.
Dělíme je podle toho, jak se změní rozloha zkoumaného systému na:
- Intenzívní (lokální) stavové veličiny – hodnota nezávisí na velikosti systému.
Vyjadřují jakousi „bodovou vlastnost systému“, to znamená, že je možné je určit pro každý bod systému a pro celý systém jsou stejné.
To znamená, že jakmile změříme např. tlak, teplotu atd., tak ve všech bodech systému bude hodnota stejná. Patří sem: tlak, teplota, hustota.
- Extenzívní (aditivní, globální) stavové veličiny – jsou dané součtem hodnot v částicích.
To znamená, že každá částice má jakousi svou hodnotu (svou hmotnost, objem…) a po sečtení těchto částkových hodnot získáme celkovou extenzívní stavovou veličinu daného systému (celková hmotnost, celkový objem…)
Patří sem: objem, hmotnost, vnitřní energie, entropie, volná energie, entalpie a počet částic.
Objem: velikost prostoru zabraného tělesem.
Tlak: velikost síly působící kolmo na jednotku plochy.
Teplota: míra tepelného stavu látky.
Existuje…
1. Celsiova teplota – každé těleso má určitou číselnou hodnotu na základe stupnice s bodem tuhnutí vody 0°C a bodem varu vody 100°C .
2. Termodynamická (absolutní, Kelvinova) teplota – nulová hodnota je přirazená tzv. absolutní nule, teplotě, kterou není možné reálně dosáhnout.
Druhý referenční bod je teplota trojného bodu vody (tedy bod, v kterém je taková hodnota teploty a tlaku, při které mohou vedle sebe v rovnováze existovat všechna tři skupenství.
Je to teplota 273,16 K.
Ještě třeba zmínit převod mezi Celsiovou a Kelvinovou stupnicí: t[∘C]=T[K]−273,15
Teplo (NENÍ STAVOVÁ VELIČINA!!): všechna přeměněná energie, která není prací
Vnitřní energie U: součet kinetických a potenciálních energií všech částic systému
Barbora Horniaková
