Grundläggande begrepp
Grundläggande begrepp System I Den del av universum som är under studie Omgivning I Resten I Mellan systemet och omgivningen: gräns OMGIVNING SYSTEM GRÄNS / VÄGG Grundläggande begrepp Isolerade system I Växelverkar inte med omgivningen ◦ Termosflaska Slutna system I Kan utväxla energi men inte materia med omgivningen ◦ Växthus, isvatten i glas med lock på Öppna system I Kan utväxla energi samt materia med sin omgivning ◦ Havet Grundläggande begrepp Jämvikt I Ett system är i jämvikt med sin omgivning då de makroskopiska egenskaperna som beskriver systemet inte längre förändras med tiden eller i rummet I Systemet sägs då vara i ett visst termodynamiskt tillstånd I Om systemet rubbas från jämviktstillståndet, uppnår det i allmänhet ett jämviktsläge igen efter en typisk tidsperiod, den sk. relaxationstiden τ I Ett system kan befinna sig i jämvikt med avseende på en egenskap, men inte de övriga Grundläggande begrepp I Klassiska termodynamiken studerar system som är i jämvikt I Studiet av system som inte är i jämvikt kallas för icke-jämviktstermodynamik eller transportteori. I dem är tid och rumberoendet av de makroskopiska egenskaperna av intresse, t.ex. är tidsberoendet av trycket i Eulers ekvationer for en vätskas/gas dynamik ∂P + ~v · ∇P = γP∇ · ~v ∂t I Det finns också system som är, och hålls, helt utanför termodynamisk jämvikt p.g.a. någon yttre påverkan. Ifall tillståndet är tidsoberoende, kan man säga att systemet är i dynamisk jämvikt (eng. steady state). (1) Grundläggande begrepp Extensiva egenskaper I Beror av systemets storlek ◦ V, m Intensiva egenskaper I Oberoende av systemets storlek ◦ T, V̄ = V/n Grundläggande begrepp Tillståndsvariabel I Termodynamiken beskriver jämviktstillstånd I Ett system kan ha flera olika jämviktstillstånd I Samma mängd (joukko, set) av makroskopiska egenskaper beskriver systemet i de olika jämviktstillstånden I Tillståndsvariablerna: De variabler som beskriver systemet i dess olika jämviktstillstånd I Tillståndsvariablerna är oberoende av systemets historia I Vi kommer att se att det finns andra storheter som nog beror av systemets historia. De kan inte användas för att beskriva jämviktstillståndet Grundläggande begrepp Termodynamisk process I En process är en förändring av systemet från ett termodynamiskt tillstånd till ett annat ◦ t.ex. (P1 , V1 , T1 ) → (P2 , V2 , T2 ) I Det finns flera olika sätt att ta sig från ett tillstånd till ett annat Isobarisk process: P hålls konstant Grundläggande begrepp Isokorisk/isometrisk/isovolymetrisk process: V hålls konstant Isotermisk process: T hålls konstant Grundläggande begrepp Adiabatisk process: inget värmeutbyte med omgivningen Grundläggande begrepp Reversibel process I Låt en process förändra ett system från tillståndet A till tillståndet B. Om man från tillstånd B kan återgå till tillstånd A på så sätt att ingen förändring skett i systemet eller i omgivningen jämfört med ursprungsläget då man var i tillstånd A, är processen reversibel I En process kan (oftast) fås att gå tillbaka till tillstånd B från att ha varit i tillstånd A, men detta orsakar en permanent förändring av omgivningen. Då är processen A → B irreversibel I Reversibla processer är en idealisation, men kan emuleras om systemet förändras mycket långsamt från A till B, dvs. tiden för processen t >> τ . Då är varje skede i övergången i jämvikt med omgivningen. Processen är kvasi-statisk. Reversibla processer är nödvändigtvis kvasi-statiska. Grundläggande begrepp I För reversibla processer (som är alltså kvasi-statiska) kan en kurva mellan tillstånden ritas ut eftersom vid varje skede är systemet i jämvikt och har således väldefinierade värden på tillståndsvariablerna P A B V Grundläggande begrepp Cyklisk process I En cyklisk process är en serie av processer med resultatet att systemet återkommer till utgångsläget i slutet av cykeln ◦ t.ex. i en fyr-stegs process: A → B → C → D → A I I sådana processer är totala förändringen av tillståndsvariablerna lika med noll
© Copyright 2024