Tabel cu ecuații termodinamice

Astăzi, Tabel cu ecuații termodinamice este un subiect de mare relevanță și interes pentru oamenii din întreaga lume. De la apariția sa, Tabel cu ecuații termodinamice a captat atenția experților și a fanilor deopotrivă, generând dezbateri constante despre importanța și impactul său asupra diferitelor zone ale societății. În acest articol, vom explora în detaliu cele mai relevante aspecte ale Tabel cu ecuații termodinamice, examinând istoria acestuia, implicațiile sale actuale și posibila sa evoluție în viitor. Printr-o analiză cuprinzătoare, sperăm să oferim cititorilor noștri o viziune mai completă asupra acestui fenomen și să îi ajutăm să înțeleagă adevărata sa amploare.

Tabelul cuprinde expresiile matematice ale ecuațiilor termodinamice și ale mărimilor fizice comune în termodinamică. Scopul este obținerea rapidă a expresiilor matematice prin salt la o secțiune orientată pe subdomeniul dorit, unde sunt grupate relațiile uzuale în subdomeniu. Pentru a evita defilarea tabelului, relațiile de care este nevoie în subdomenii diferite pot să se repete în secțiunile respective.

Definiții

În acest articol se folosește convenția semnelor din termodinamica tehnică, în care căldura are semnul + dacă intră în sistemul termodinamic, iar lucrul mecanic are semnul + dacă iese din sistem. În termodinamica chimică convenția semnelor este că lucrul mecanic are semnul + dacă intră în sistem (deci în relațiile din lucrările respective semnul termenilor de lucru mecanic este inversat).

Mărimi de bază generale

Mărime (numele uzual) Simbolul uzual Unitate SI Dimensiune
Număr de molecule N 1 1
Cantitate de substanță n mol N
Temperatură T K Θ
Căldură Q, q J ML2T−2
Căldură latentă QL J ML2T−2

Mărimi derivate generale

Mărime (numele uzual) Simbolul uzual Ecuația de definire Unitate SI Dimensiune
Beta termodinamic⁠(d), inversul temperaturii β J−1 T2M−1L−2
Temperatură termodinamică⁠(d) τ

J ML2T−2
Entropie S

,

J⋅K−1 ML2T−2Θ−1
Presiune p

Pa ML−1T−2
Energie internă U J ML2T−2
Entalpie H J ML2T−2
Funcția de partiție⁠(d) Z 1 1
Entalpie liberă (Gibbs) G J ML2T−2
Potențial chimic (al componentei i din amestec) μi

,
unde nu este proporțional cu deoarece depinde de presiune. , unde este proporțional cu (cât timp compoziția raportului molar a sistemului rămâne aceeași) deoarece depinde doar de temperatură, presiune și compoziție.

J ML2T−2
Energie liberă (Helmholtz) F, A J ML2T−2
Potențial macrocanonic (Landau) Ω, ΦG J ML2T−2
Potențial Massieu Φ J⋅K−1 ML2T−2Θ−1
Potențial Planck Ξ J⋅K−1 ML2T−2Θ−1

Proprietățile termice ale materiei

Mărime (numele uzual) Simbolul uzual Ecuația de definire Unitate SI Dimensiune
Capacitate termică C J⋅K−1 ML2T−2Θ−1
Capacitate termică la presiune constantă Cp J⋅K−1 ML2T−2Θ−1
Capacitate termică masică la presiune constantă cp J⋅kg−1⋅K−1 L2T−2Θ−1
Capacitate termică molară la presiune constantă Cnp J⋅K−1⋅mol−1 ML2T−2Θ−1N−1
Capacitate termică la volum constant Cv J⋅K−1 ML2T−2Θ−1
Capacitate termică masică la volum constant cv J⋅kg−1⋅K−1 L2T−2Θ−1
Capacitate termică molară la volum constant Cnv J⋅K⋅−1 mol−1 ML2T−2Θ−1N−1
Căldură latentă QL J⋅kg−1 L2T−2
Coeficient de transformare adiabatică γ 1 1

Transmiterea căldurii

Mărime (numele uzual) Simbolul uzual Ecuația de definire Unitate SI Dimensiune
Gradient de temperatură Fără simbol standard K⋅m−1 ΘL−1
Flux termic W ML2T−3
Flux termic unitar W⋅m−2 MT−3

Ecuații

Ecuațiile din acest articol sunt clasificate pe subiect.

Procese termodinamice

Tip Ecuații
Izentropic (adiabatic și reversibil)

Pentru un gaz ideal


Izotermic

Pentru un gaz ideal

Izobar p1 = p2, p = constant

Izocor V1 = V2, V = constant

Destindere liberă
Lucru mecanic efectuat la destinderea unui gaz Proces

Lucru mecanic efectuat într-un ciclu

Teoria cinetică a gazelor

Ecuații ale gazelor ideale
Noțiunea fizică Simboluri Ecuații
Legea gazelor ideale

Presiunea unui gaz ideal
  • m = masa unei molecule
  • Mm = masa molară

Gazul ideal

Mărime Ecuația generală Izobară
Δp = 0
Izocoră
ΔV = 0
Izotermică
ΔT = 0
Adiabatică
Lucru mecanic
L

Capacitate termică
C
(și pentru gaze reale)
(pentru gaz ideal monatomic)


(pentru gaz ideal biatomic)


(pentru gaz ideal monatomic)


(pentru gaz ideal biatomic)

Energie internă
ΔU






Entalpie
ΔH
Entropie
Δs

[1]

Constantă

Entropie

  • , unde cu Ω este notat volumul macrostării în spațiul fazelor sau altfel spus, probabilitatea termodinamică.
  • , doar pentru procese reversibile

Fizică statistică

Mai jos sunt rezultate utile din distribuția Maxwell–Boltzmann⁠(d) pentru un gaz ideal și implicațiile cantității de entropie. Distribuția este valabilă pentru atomi sau molecule care constituie gaze ideale.

Noțiunea fizică Simboluri Ecuații
distribuția Maxwell–Boltzmann⁠(d)
  • v = viteza atomului/moleculei,
  • m = masa unei molecule (în teoria cinetică toate moleculele sunt identice),
  • γ(p) = Factorul Lorentz în funcție de impuls (v. mai jos)
  • Raportul dintre energia termică și cea de repaus a unei molecule:

K2 este funcția Bessel de ordinul al doilea modificată.

Viteze nerelativiste

Viteze relativiste (distribuția Maxwell–Jüttner)

Entropia logaritmică a densității stărilor⁠(d)
  • Pi = probabilitatea sistemului de a fi în microstarea i
  • Ω = numărul total de microstări

unde:

Variația entropiei

Forța entropică
Teorema echipartiției⁠(d) df = gradul de libertate Energia cinetică medie pe grad de libertate

Energia internă

Mai jos sunt corolare ale distribuției nerelativiste Maxwell–Boltzmann.

Noțiunea fizică Simboluri Ecuații
Viteza medie
Viteza pătratică medie
Viteza modală
Parcursul liber mediu⁠(d)
  • σ = secțiunea transversală efectivă
  • n = densitatea volumică a numărului de particule țintă
  • = parcursul liber mediu

Procese cvasistatice și reversibile

Pentru procesele cvasistatice și reversibile, principiul întâi al termodinamicii este:

unde δQ este căldura intrată în sistem iar δL este lucrul mecanic efectuat de către (ieșit din) sistem.

Potențiale termodinamice

Următoarele energii sunt numite potențiale termodinamice,

Denumire Simbol Relație Varuabile naturale
Energie internă
Energie liberă (Helmholtz)
Entalpie
Entalpie liberă (Gibbs)
Potențial macrocanonic (Landau) ,

iar relațiile termodinamice fundamentale corespunzătoare sunt:[2]

Potențial Derivata
Energie internă
Entalpie
Energie liberă (Helmholtz)
Entalpie liberă (Gibbs)

Relațiile Maxwell

Cele patru relații Maxwell obișnuite sunt:

Noțiunea fizică Simboluri Ecuații
Potențiale termodinamice ca funcții de variabilele lor naturale

Alte relații:

Alte ecuații cu derivate parțiale sunt:

Nume H U G
Ecuații Gibbs–Helmholtz⁠(d)

Proprietăți cuantice

  • particule care nu se pot distinge

unde h este constanta Planck, I este momentul de inerție și Z este funcția de partiție⁠(d), sub diferite forme:

Grad de libertate Funcție de partiție
Translație
Vibrație
Rotație

unde:

Proprietăți termice ale materiei

Coeficienți Ecuație
Coeficientul Joule-Thomson
Compresibilitate (la temperatură constantă)
Coeficient de dilatare termică (la presiune constantă)
Capacitate termică (la presiune constantă)
Capacitate termică (la volum constant)

Transmiterea căldurii

Noțiunea fizică Simboluri Ecuații
Intensitatea netă a emisiei/absorbției
  • Texternă = temperatura externă (în afara sistemului)
  • Tsistem = temperatura internă (în sistem)
  • ε = emisivitate
Energia internă a substanței
  • Cv = capacitatea termică la volum constant
  • ΔT = schimbarea de temperatură a substanței
Relația lui Mayer
  • Cp = capacitatea termică la presiune constantă
  • Cv = capacitatea termică la volum constant
  • n = cantitatea de substanță
Conductivitatea termică
  • λi = conductivitatea termică a substanței i
  • λ = conductivitatea termică echivalentă
În serie

În paralel

Randament și eficiență

Noțiunea fizică Simboluri Ecuații
Motoare termice
  • η = randament termic
  • L = lucrul mecanic efectuat de motor
  • Q = căldura primită de la sursa caldă
  • Q0 = căldura cedată sursei reci
  • T = temperatura sursei calde
  • T0 = temperatura sursei reci
Motor termic:

Randamentul Carnot:

Mașină frigorifică ε = eficiență Eficiența răcirii

Eficiența Carnot

Note

  1. ^ en Keenan, Thermodynamics, Wiley, New York, 1947
  2. ^ en Atkins, P.W., Physical chemistry, Oxford University Press, 1978, ISBN: 0 19 855148 7

Bibliografie

  • en Atkins, Peter and de Paula, Julio Physical Chemistry, 7th edition, W.H. Freeman and Company, 2002 ISBN: 0-7167-3539-3.
    • Chapters 1–10, Part 1: "Equilibrium".
  • en Bridgman, P. W. (). „A Complete Collection of Thermodynamic Formulas”. Physical Review. American Physical Society (APS). 3 (4): 273–281. doi:10.1103/physrev.3.273. ISSN 0031-899X. 
  • en Landsberg, Peter T., Thermodynamics and Statistical Mechanics, New York: Dover Publications, Inc., 1990. (reprinted from Oxford University Press, 1978).
  • en Lewis, G.N., and Randall, M., "Thermodynamics", 2nd Edition, McGraw-Hill Book Company, New York, 1961.
  • en Reichl, L.E., A Modern Course in Statistical Physics, 2nd edition, New York: John Wiley & Sons, 1998.
  • en Schroeder, Daniel V. Thermal Physics. San Francisco: Addison Wesley Longman, 2000 ISBN: 0-201-38027-7.
  • en Silbey, Robert J., et al. Physical Chemistry, 4th ed. New Jersey: Wiley, 2004.
  • en Callen, Herbert B. (1985). Thermodynamics and an Introduction to Themostatistics, 2nd edition, New York: John Wiley & Sons.

Vezi și

Legături externe