Tabel cu ecuații termodinamice
{{#invoke:Sidebar |collapsible
| bodyclass = plainlist
| titlestyle = padding-bottom:0.3em;border-bottom:1px solid #aaa;
| title = Termodinamică
| imagestyle = display:block;margin:0.3em 0 0.4em;
| image =
| caption = Schema unei mașini termice Carnot
| listtitlestyle = text-align:center;
| expanded = ecuații
| list1name = ramuri | list1title = Ramuri | list1 = Format:Flatlist
| list2name = principii | list2title = Principii | list2 = Format:Flatlist
| list3name = sisteme | list3title = Sisteme | list3 = Format:Flatlist
Format:Sidebar
| list4name = proprietăți | list4title = Propertăți ale sistemelor
| list4 =
Format:Sidebar
| list5name = material | list5title = Proprietăți ale materialelor | list5 =
| Capacitate termică masică | ||||||
| Coeficient de compresibilitate | ||||||
| Coeficient de dilatare volumică |
| list6name = ecuații | list6title = Ecuații | list6 = Format:Flatlist
- Teorema lui Carnot
- Teorema lui Clausius
- Relația fundamentală
- Ecuația căldurii
- Legile gazelor
- Stări corespondente
Format:Endflatlist Format:Flatlist
| list7name = potențiale | list7title = Potențiale | list7 = Format:Unbulleted list Format:Flatlist
| list8name = istorie | list8title = Format:Hlist | list8 =
Format:Sidebar
| list9name = personalități | list9title = Personalități | list9 = Format:Flatlist
- Bernoulli
- Boltzmann
- Bridgman
- Carathéodory
- Carnot
- Clapeyron
- Clausius
- de Donder
- Duhem
- Gibbs
- von Helmholtz
- Joule
- Kelvin
- Lewis
- Massieu
- Maxwell
- von Mayer
- Nernst
- Onsager
- Planck
- Rankine
- Smeaton
- Stahl
- Tait
- Thompson
- van der Waals
- Waterston
Format:Endflatlist | below =
}}
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
Format:Articol principal 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 |
|---|---|---|---|---|
| Format:Ill-wd, inversul temperaturii | β | J−1 | T2M−1L−2 | |
| Format:Ill-wd | 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 | |
| Format:Ill-wd | Z | 1 | 1 | |
| Entalpie liberă (Gibbs) | G | J | ML2T−2 | |
| Potențial chimic (al componentei i din amestec) | μi |
, |
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
| Noțiunea fizică | Simboluri | Ecuații |
|---|---|---|
| Legea gazelor ideale | Format:Plainlist |
|
| Presiunea unui gaz ideal | Format:Plainlist
|
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 monatomic)
|
||
| Energie internă ΔU |
|||||
| Entalpie ΔH |
|||||
| Entropie Δs |
[1] |
Format:Br | |||
| 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 Format:Ill-wd pentru un gaz ideal și implicațiile cantității de entropie. Distribuția este valabilă pentru atomi sau molecule care constituie gaze ideale.
| Noțiunea fizică | Simboluri | Ecuații |
|---|---|---|
| Format:Ill-wd | Format:Plainlist
K2 este funcția Bessel de ordinul al doilea modificată. |
Viteze nerelativiste
Viteze relativiste (distribuția Maxwell–Jüttner) |
| Entropia logaritmică a Format:Ill-wd | Format:Plainlist
|
unde: |
| Variația entropiei |
| |
| Forța entropică | ||
| Format:Ill-wd | 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 | ||
| Format:Ill-wd | Format:Plainlist
|
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
Format:Articol principal 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 | Format:Plainlist
|
|
Alte relații:
Alte ecuații cu derivate parțiale sunt:
| Nume | H | U | G |
|---|---|---|---|
| Format:Ill-wd | |||
Proprietăți cuantice
- particule care nu se pot distinge
unde Format:Mvar este constanta Planck, Format:Mvar este momentul de inerție și Format:Mvar este Format:Ill-wd, sub diferite forme:
| Grad de libertate | Funcție de partiție |
|---|---|
| Translație | |
| Vibrație | |
| Rotație |
unde: Format:Plainlist
|
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) |
| Derivarea capacității termice (la presiune constantă) |
|---|
| Deoarece
|
| Derivarea capacității termice (la volum constant) |
|---|
| Deoarece
(unde δLrev este lucrul mecanic efectuat de sistem), |
Transmiterea căldurii
| Noțiunea fizică | Simboluri | Ecuații |
|---|---|---|
| Intensitatea netă a emisiei/absorbției | Format:Plainlist
|
|
| Energia internă a substanței | Format:Plainlist
|
|
| Relația lui Mayer | Format:Plainlist
|
|
| Conductivitatea termică | Format:Plainlist
|
În serie
În paralel |
Randament și eficiență
| Noțiunea fizică | Simboluri | Ecuații |
|---|---|---|
| Motoare termice | Format:Plainlist
|
Motor termic:
Randamentul Carnot: |
| Mașină frigorifică | ε = eficiență | Eficiența răcirii
Eficiența Carnot |
Note
- ↑ Format:En icon Keenan, Thermodynamics, Wiley, New York, 1947
- ↑ Format:En icon Atkins, P.W., Physical chemistry, Oxford University Press, 1978, Format:ISBN
Bibliografie
- Format:En icon Atkins, Peter and de Paula, Julio Physical Chemistry, 7th edition, W.H. Freeman and Company, 2002 Format:ISBN.
- Chapters 1–10, Part 1: "Equilibrium".
- Format:En icon Format:Cite journal
- Format:En icon Landsberg, Peter T., Thermodynamics and Statistical Mechanics, New York: Dover Publications, Inc., 1990. (reprinted from Oxford University Press, 1978).
- Format:En icon Lewis, G.N., and Randall, M., "Thermodynamics", 2nd Edition, McGraw-Hill Book Company, New York, 1961.
- Format:En icon Reichl, L.E., A Modern Course in Statistical Physics, 2nd edition, New York: John Wiley & Sons, 1998.
- Format:En icon Schroeder, Daniel V. Thermal Physics. San Francisco: Addison Wesley Longman, 2000 Format:ISBN.
- Format:En icon Silbey, Robert J., et al. Physical Chemistry, 4th ed. New Jersey: Wiley, 2004.
- Format:En icon Callen, Herbert B. (1985). Thermodynamics and an Introduction to Themostatistics, 2nd edition, New York: John Wiley & Sons.