صفحه 1:
هدف ترمودینامیک
عبارتست از جستجوی روابط بین متغیرهای ترمودینامیکی (کمیت‌های
ماکروسکوپی) با استفاده از اصول ترمودینامیک.
در ترمودینامیک آنچه که مورد مطالعه است یک سیستم بصورت
مجموعه‌ای از مواد می‌باشد که تحول فیزیکی. شیمیایی بیولوژیکی
می‌یابند و نتیجه‌گیری‌های ما در مورد وضعیت ترمودینامیکی آسن
سیستم براساس اندازه‌گیری گرمایی که از محیط خارج به سیستم پا از
سیستم به محیط خارج جریان می‌یابد و همچنین اندازه‌گیری مقدار
کاری که سیستم انجام می‌دهد یا بر روی سیستم انجام می‌گیرد قرار
دارد .
صفحه 2:
سیستم ترمودینامیکی
منظور از سیستم ترمودینامیک جسم یا مجموعه‌ای از اجسام با جرم معین و
سطح مرزی مشخص است آنچه که خارج از لین سیستم قرار دارد بنام خارج
از سیستم معروف است.
سیستمی که در آن تمام نقاط دارای تر یی و خواص فیزیکی واحدی
است. پا بعبارت دیگر از یک فاز تشکیل شده است.
سیستم همگن ممکن است از یک جسم تشکیل شده باشد مانند آب و پا ممکن
است متشکل از چندین جسم باشد که فاز واحدی را تشکیل می‌دهند مانند
مخلوط همگن گازهاء آلیاژها. وقتی سیستم از چندین قسمت همگن با
خواص مختلف تشکیل می‌شود هر یک از قسمت‌ها را یک فاز می‌نامند. مثلا
مخلوط آب و یخ از دو فاز مایع و جامد تشکیل شده است.
صفحه 3:
یک سیستم هنگامی در حال تعادل است که هیچگهنه تغییری در آن ایجاد نشود
و در مورد جامدات تعادل مکانیکی بدان معنی است که مجموع نیروهای وارده
بر سیستم صفر است. در مورد مایعات و گازها هنگام تعادل فشار در هر نقطه
در داخل سیستم یکسان است.
هنگام تعادل حرارتی دمای سیستم در تمام نقاط آن یکی است.
حالت هر سیستم توسط پارامترهایی مانند فشار, حجم. دما مشخص می‌شود.
وقتی که یک یا چند پارامتر سیستم تغییر یابد می‌گوییم که سیستم تحول
یافته است. مثلا گازی را متراکم می‌کنند فشار درون افزایش می‌یابد و حجم
آن کم می‌شود. در اینصورت گاز از حالت اول به حالت دوم رسیده است.
اگر تحول در حجم ثلبت باشد آنرا ایزوگر و اگر در فشار ثلبت باشد آنرا ایزوبار و
اگر در دمای ثابت باشد آن را ایزوترم می‌نامند.
صفحه 4:
انرژی گرمایی و مکانیکی
معادل مکانیکی گرما
اشکالی از انرئی که با لن سر و کار داربم انرئی گرمایی (حرارتی) و انری
مکانیکی می‌باشد. انرژی گرمایی معمولا بصورت عاملی تصور می‌شود که
توسط مقدار تغییری که در دمای مقدار معینی از یک جسم ایجاد می‌نماید
اندازه گرفته می‌شود.
واحد سنجش گرما کالری می‌باشد.
انرئی مکانیکی نیز بصورت انرٍی پتانسیلی تصور می‌گردد که هنگام بالا آوردن
یک وزنه در مقابل نیروی جاذبه زمین در آنن وزنه ذخیره می‌شود. یک
چنین سیستمی می‌تواند مولد انرئُی مکانیکی باشد. هر گاه وزنه به روش
مناسبی پایین آورده شود. در اینصورت مقدار کاهش انریُی پتانسیل وزنه به
شکل انرژی مکانیکی یا بطور کلی کار ظاهر می‌گردد و واحد آن ژول
می‌باشد.
صفحه 5:
كرما
ظرفى محتوى مقدار معينى از لب (,57 كرم) به دماى ىن" را در نظر می‌گیریم و
در آن قطعه‌ای از یک فلز به دمای ی" و به جرم م۳7 وارد مىكنيم با اين
فرض که : ۱
۱- سیستم از محیط خارج کاملاً مجزا است.
۲- تغییر دمای ظرف قابل اغماض است.
۳- هیچ کدام از اجسام مورد آزمايش ظرف تغییر حالت فیزیکی نمی‌دهند.
۴- فعل و انفعال شیمیایی بین فلز و آب صورت نمی گیرد.
ملاحظه می‌شود که دمای لب بالا رفته و بعد از مدتی ثابت می‌ماند و برعکس
دمای فلز پایین آمده و بالاخره به یک دمای ثابت می‌رسد که در gel تعادل
حرارتی برقرار می‌گردد. لین دمای ثلبت را 1" می‌گیریم رابطه بین ,۳" و و" و
T را بوسیله معادله زیر می‌توان نشان داد:
9 و۳ ون =) = wu (i ™)
صفحه 6:
که در ن ,() تابع مقدار آب و ی() تابع نوع فلز و مقدار آنست و آنها را ظرفیت
گرمایی می‌نامند.
ظرفیت گرمایی یک گرم از هر جسم را گرمای وبژه می‌نامند و با () نشان می‌دهند.
هر یک از (۲۳- م۳ )و (,۳- ۳ ,() نماینده کمیتی است که آنها را گرما
می‌نامند و با نشان می‌دهند.
اگر جرم آب یک گرم و اختلاف ,"و ۳" یک درجه فرض شود خواهیم داشت:
0 »ا ن دو
یعنی گرمای ویه یک جسم عبارت است از مقدار گرمایی که دمای یک گرم از آن
جسم را یک درجه سانتیگراد بالا ببرد.
تجربه
انتخاب دمای ,1" جهت نشان دادن افزایش یک درجه ضروری است. این دما
ol oly نت ( تعیین شده. اگر گرمای ویه آب در این درجه یک فرض
شود خواهيم داشت: 20و
ee ee eee
ان می‌دهد که گرمای ویژه اجسام تا حدودی تابع دما است در نتیجه
صفحه 7:
کالری: یک کالری مقدار گرمایی است که دمای یک گرم آسب را از 0"
“6/00 به 06/© 0" افزايش دهد.
گرمای وییّه را برای يك دماى مشخص وقتى مىتوان به دقت تعريف كرد كه
تغيير دما و كرماى مبادله شده هر دو بينهايت كوجك باشند. در اينصورت
مىتوان نوشت :
صفحه 8:
واحد کار ژول و با لا نملیش داده شده و به اندازه ۱۰۲ ارگ است. هر ژول برابر با
آن مقدار کالری است که از انتقال نیروبی برابر با یک نیوتن به ادازه یک متر
در جهت تأثیر لن نیرو حاصل می‌گردد. بعلاوه چون نیروی یک نیوتنی برابر
با کیلوگرم متر بر مجذور ثانیه معرفی می‌شود لذا دیمانسیون ژول برابر
3
oe. هرز
يي خواهد بود.
امروزه ژول به عنوان واحدی جهت اندازه‌گیری انرژی‌های گرمایی و مکانیکی به
كار مىرود. مطالعات زول روى معادل مكانيكى حرارت به اين ب بود كه
دستگاهی شامل وزنه‌ای سقوط کننده متصل به یک ردیف پره می‌گردید. لین
پره‌ها در داخل ظرفی عایق پر از آب قرار داشته و با سقوط وزنه به چرخش
در می‌آمدند. وزنه‌های مختلفی که هر یک در سقوط خود فواصل مختلفی را
طی می‌کردند بکار برده می‌شد. و در هر آزمایش مقدار افزایش دمای آر
موجود در ظرف اندازه گیری می‌شد.
صفحه 9:
تجربیات ژول نشان داد که رابطه مستقیمی بين مقدار انريى مكانيكى از دست
داده شده به توسط وزنه‌ای سقوط کننده و افزایش انریی گرمایی لب وجود
دارد. در واقع می‌توان گفت که کاهش انریی مکانیکی معادل با حرارت جذب
شده توبتط آب می‌باشد وترابظه زیر بین آنها برقراز است:
٩۱ 2 ام
رابطه مذکور به این معنی است که شکل اثرٍی از گرمایی به مکائیکی و برعکس
قابل تبدیل است.
مقدار گرمایی که به سیستم انتقال می‌یابد می‌تواند توسط یک منبع گرمایی
تأمین شود و نیز مقدار گرمای انتقال يافته از یک سیستم به خارج می‌تواند
جذب یک منبع گرمایی شود.
یک منبع گرمایی ساده که نیازی به دماسنج ندارد یک گرماسنج یخی می‌باشد
«(کالریمتر) و اگر گرمااز یک نبع خارجی به گرما نج منتقل pe
اینصورت مقداری از یخ ذوب می‌شود و حجم کل لب و یخ موجود در داخل
گرماسنج کاهش می‌یابد و عقربه مشخص کننده حجم کل کاهش را نشان
می‌دهد.
صفحه 10:
بدین ترتیب می‌توان این کاهش حجم را بعنوان معیاری برای تعیین مقدار
گرمای جذب شده توسط گرماسنج به کار برد.
چنین دستگاهی که می‌تواند از مواد دیگری غیر از لب و یخ نیز ساخته شود.
در واقع وسیله اندازه‌گیری انرٌی گرمایی را بدست می‌دهد. گرماسنجی که
در عمل برای اندازه‌گیری انرژی گرمایی بکار می‌رود از نوع گرماسنج در
دمای ثلبت می‌باشد. بدین ترتیب که وقتی در طی تحول مورد مطالعه گرما
به گرماسنج منتقل می‌شود و یا گرما از ن بیرون می‌رود. در این صورت
مقداری گرما از گرماسنج گرفته می‌شود و يابه ُن داده می‌شود تا دمای ن
ثلبت بماند. سپس مقذار گرمای گرقته شده یا ذاده شده به گرماسنج توسط
ابزارهای الکتریکی اندازه‌گیری می‌شود.
براى نشان دادن افزايش انرزى منبع كرمايى بكار مىرود : 4 ...© ->
براى نشان دادن افزايش انرؤى منبع مكانيكى بكار می‌رود: سس کر
صفحه 11:
Thermodynamics Vs. Kinetics
*Chemical Thermodynamics - Study of Chemical reaction energetics
-.e., CH, + 20, > CO, + 2H,O + U
- ۱/0
Path
Understanding a chemical reaction and its energetic properties
lead to the spontaneity prediction of the reaction.
aa
صفحه 12:
3 Open Closed اداوس
صفحه 13:
Thermodynamic State Properties
°Extensive: These variables or
properties depend on the amount of
material present (e.g. mass or volume).
The ratio of any two extensive _
variables is always anintensive V
variable. V/n = molar volume,
*Intensive: These variables or
properties DO NOT depend on the
amount of material (e.g. density,
mamta ERLE ی
صفحه 14:
° Phase: a physically homogeneous
and mechanically separable part of
the system, e.g. a vapor, liquid, or
mineral
°A system may be
homogeneous (one phase)
or
heterogeneous (multiple
phases).