ترمودینامیک

ترمودینامیک شاخه ای از فیزیک است که به مطالعه ی رابطه ی بین گرما و حرکت می پردازد.

در ترمودینامیک رابطه ی بین گرما با سایر انرژی ها مورد بررسی قرار می گیرد.

سیستم و محیط :

در ترمودینامیک، قسمت برگزیده و مورد بررسی را سیستم و بقیه ی جهان را محیط می گویند.

گاز کامل:

گازی است که ذرات آن به هم نیرو وارد نکنند.

برای ایجاد شرایط گاز کامل باید فاصله ی مولکول ها زیاد، فشار کم و ابعاد مولکول ها کوچک باشد.

معادله ی حالت گاز کامل:

PV = nRT

که P فشار / V حجم / n تعداد مول گاز کامل / R ثابت جهانی گازها => R = 8.314 J.(mol.K)^-1  

و T دمای گاز است به کلوین.      (  ا درجه سانتیگراد = ۲۷۳ درجه ی کلوین ) =>

 یعنی برای تبدیل سانتیگراد به کلوین، درجه ی سانتیگراد را با عدد ۲۷۳ جمع می کنیم.

واحد تمام این کمیت ها باید در SI باشد..یعنی :

• فشار بر 1000 حسب : Pa (که آشنایی کامل دارید!) 
• حجم بر حسب : m³ (متر مکعب)
• دما بر حسب : K (کلوین)

این معادله را می توان به صورت نسبی نوشت! :

P₂ / P₁  × V₂ / V₁  = n₂ / n₁ × T₂ / T₁

n = m/M   

• (m = جرم گاز، M = جرم مولی گاز)

 فرآیند ترمودینامیکی:

هنگامی که سیستم از یک حالت (P₁ , V₁ , T₁) به حالت دیگر (P₂ , V₂ , T₂) برود، می گوییم یک فرآیند ترمودینامیکی انجام شده است.

منبع گرما:

 جسمی است که اگر گرما از دست بدهد یا بگیرد، دمای آن به طور قابل ملاحظه ای تغییر نکند.

(مثل هوای اتاق و استکان چای)

در فرآیندهای ترمو دینامیکی بین سیستم و محیط کار یا گرما مبادله می شود.

در فیزیک مرسوم است که اگر :

• سیستمی گرما بگیرد ==>  Q > 0
• سیستمی گرما بدهد ==>  Q < 0

بهتر است ما برای کار نیز این طور در نظر بگیریم که اگر :

• سیستم کار دریافت کند (حجم گاز کم شود) : W > 0
• سیستم کار انجام دهد (حجم گاز زیاد شود) : W < 0

محاسبه ی کار انجام شده در یک فرآیند:

در تمام فرآیندها، سطخ زیر نمودار P-V می شود کار. البته در فرآیندهای خاص ترمودینامیکی امکان محاسبهی کار با فرمول وجود دارد، که بعداً به بررسی آن خواهیم پرداخت.

مثلا فرض کنید در شکل زیر، فرآیندی از حالت A به B و یا بر عکس رفته است.حال برای محاسبه ی کار باید سطح زیر نمودار را که همان قسمت خاکستریست، حساب کنیم.برای این کار باید انتگرال بگیریم. حال اگر سیستم از A به B  رفته باشد، سیستم منبسط شده، یعنی کار منفی است و اگر از B به A رفته باشد حجم گاز کم شده یعنی سیستم منقبض یا متراکم شده است، پس کار مثیت می باشد.

چرخه:

فرآیندی است که طی آن دستگاه پس از طی چند فرآیند، به حالت اولیه ی خود برگردد.

• تذکر: در یک چرخه، کار انجام شده برابر است با مساحت داخل چرخه در نمودار P-V  .
• دقت کنید که در نمودار P-V برای محاسبه ی کار P بر حسب پاسکال و V بر حسب m^{3& 1000 lt;/SUP> باشد.}
• اگر چرخه ساعتگرد بود، کار (-) و اگر پادساعتگرد بود کار (+) می باشد.