6. TERMODINAMICA
6.1 Echilibre ¸si st¼ari termodinamice. Echilibrul termodinamic
Unul dintre obiectele de studiu ale termodinamicii este examinarea bi-
lan¸tului energetic dintr-un proces zic, extinzând investigarea la schimburile
de energie care nu sunt de origine mecanic¼a în sensul macroscopic discutat
pân¼a acum. Înainte de a formula o lege de conservare general¼a, vom analiza
sisteme ¸si fenomene de care se ocup¼a termodinamica, introducând m¼arimile
temperatur¼a ¸si c¼aldur¼a.
De obicei, un sistem termodinamic este asimilat, din punct de vedere
mecanic, cu un sistem continuu, considerându-se c¼a microscopic el este con-
stituit dintr-un num¼ar de elemente de ordinul numarului lui Avogadro
NA = 6; 022 1023. Nu ne vom propune s¼a studiem mi¸sc¼arile acestor ele-
mente, mi¸sc¼ari colective sau individuale, atât din cauza num¼arului lor mare
în sistem cât ¸si a num¼arului mare de interac¸tii dintre elemente.Sistemele ter-
modinamice pe care le vom analiza vor , practic, în repaus. Vom încerca
îns¼a s¼a descriem transform¼arile pe care le descrie sistemul ¸si schimburile lui
energetice cu mediul înconjur¼ator, speci când m¼arimile care descriu cel mai
bine aceste transform¼ari. Numim sistem termodinamic o portiune din univers
care poate constituit¼a din una sau mai multe p¼ar¸ti, de exemplu, un volum
de gaz sau un lichid în echilibru cu vaporii s¼ai; un astfel de sistem va
obiectul observa¸tiilor noastre legate de propriet¼a¸tile zice macroscopice care
îl caracterizeaz¼a precum ¸si eventualele lor varia¸tii.
Prin mediu înconjur¼ator se în¸telege partea din univers ce înconjuar¼a sis-
temul termodinamic ¸si cu care acesta poate s¼a interac¸tioneze. În general,
mediul înconjur¼ator contribuie la determinarea caracteristicilor zice macro-
scopice ale sistemului termodinamic.
Dac¼a între sistem ¸si mediul înconjur¼ator se face atât schimb de energie
cât ¸si de substan¸t¼a, sistemul se nume¸ste deschis. Sistemul se va numi închis
dac¼a nu este posibil schimbul de substan¸t¼a cu mediul înconjur¼ator, ci numai
cel de energie. În cazul în care nu are loc nici schimb de energie ¸si nici de
substan¸t¼a între sistem ¸si mediul înconjur¼ator, sistemul se nume¸ste izolat.
În cele ce urmeaz¼a ne vom ocupa numai de sisteme închise, ce pot schimba
cu mediul înconjur¼ator numai energie.
Un sistem termodinamic poate descris printr-un num¼ar redus de m¼arimi
zice m¼asurabile, numite parametri de stare sau variabile termodinamice,
cum ar : volumul, presiunea, temperatura, masa, concentra¸tia, densitatea....
Unele variabile termodinamice, numite variabile extensive, sunt aditive fa¸t¼a
de reuniunea a dou¼a sisteme (de exemplu, masa, volumul, etc.); alte variabile
îns¼a, numite variabile intensive, depind în general de locul în sistem unde se
m¼asoar¼a variabila ¸si nu sunt aditive (de exemplu, temperatura, presiunea,
densitatea, etc.).
Parametrii de stare ai unui sistem pot externi sau interni. Parametrii de
stare externi ai sunt func¸tii de coordonatele generalizate ale corpurilor aate
în interac¸tie cu sistemul (de exemplu, intensitatea câmpului electric, mag-
netic, gravita¸tional, volumul sistemului, etc.). Parametrii de stare interni bi
sunt func¸tii atât de valorile medii ale coordonatelor ¸si vitezelor particulelor
ce alc¼atuiesc sistemul, cât ¸si de coordonatele generalizate ale corpurilor ex-
terioare sitemului.
Num¼arul minim de coordonate termodinamice necesar descrierii complete
a unui sistem termodinamic nu este xat a priori, ci depinde de propriet¼a¸tile
zico-chimice ale sistemului ce urmeaz¼a a studiat. De exemplu, starea unui
mol de gaz ideal este descris¼a cu ajutorul a trei m¼arimi: presiunea, volumul
¸si temperatura, care îns¼a nu pot varia independent ci sunt legate între ele
prin intermediul ecua¸tiei de stare.
Se observ¼a c¼a de ni¸tia st¼arii termodinamice este conceptual diferit¼a de
cea a st¼arii mecanice, pentru care se presupun cunoscute pozi¸tiile ¸si vitezele
celor N puncte care alc¼atuiesc sistemul. În astfel de termeni, în mod practic,
datorit¼a valorii mari a lui N, un sistem termodinamic nu poate de nit.
Se poate zice, îns¼a, c¼a unei aceleia¸si st¼ari termodinamice date de nite de
un num¼ar relativ mic de variabile termodinamice (macroscopice) îi pot
corespunde multe st¼ari mecanice diferite de nite de un num¼ar imens de
coordonate mecanice (microscopice).
Echilibrul termodinamic al unui sistem se realizeaz¼a atunci când vari-
abilele termodinamice care descriu sistemul ajung s¼a e constante în timp.
Într-un sistem aat în echilibru variabilele termodinamice se numesc variabile
de stare.
Echilibrul termodinamic este rezultatul a trei tipuri diverse de echilibre
ce trebuie realizate simultan:
a) Echilibrul mecanic, în¸teles ca echilibrul for¸telor ¸si al momentelor for¸telor,
a¸sa cum se studiaz¼a în mecanic¼a;
b) echilibrul chimic: nu au loc reac¸tii chimice în sistem;
c) echilibrul termic: temperatura este aceea¸si în tot sistemul.
Not¼am faptul c¼a sistemele pe care le vom studia vor întotdeauna în
echilibru chimic.
Dac¼a o stare este de echilibru, atunci condi¸tiile de echilibru trebuie s¼a e
satisf¼acute în întreg sistemul sau în oricare dintre p¼ar¸tile sale constitutive,
în interac¸tia dintre p¼ar¸tile sistemului sau în aceea dintre sistem ¸si mediul
înconjur¼ator. Atunci când exist¼a echilibru între sistem¸si mediul înconjur¼ator,
însemn¼a c¼a exist¼a echilibru între for¸tele macroscopice dintre sistem ¸si mediul
înconjur¼ator, oricare ar natura lor.
Documentul este oferit gratuit,
trebuie doar să te autentifici in contul tău.
