Tabel cu ecuații termodinamice
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
modificareÎn 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
modificareMărime (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
modificareMărime (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 |
, |
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
modificareMărime (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
modificareMărime (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
modificareEcuațiile din acest articol sunt clasificate pe subiect.
Procese termodinamice
modificareTip | 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
modificareNoțiunea fizică | Simboluri | Ecuații |
---|---|---|
Legea gazelor ideale |
| |
Presiunea unui gaz ideal |
|
Gazul ideal
modificareMărime | 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] |
|
|||
Constantă |
Entropie
modificare- , unde cu Ω este notat volumul macrostării în spațiul fazelor sau altfel spus, probabilitatea termodinamică.
- , doar pentru procese reversibile
Fizică statistică
modificareMai 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) |
K2 este funcția Bessel de ordinul al doilea modificată. |
Viteze nerelativiste
Viteze relativiste (distribuția Maxwell–Jüttner) |
Entropia logaritmică a densității stărilor(d) |
|
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) |
|
Procese cvasistatice și reversibile
modificarePentru 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
modificareUrmătoarele 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
modificareCele 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
modificare- 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
modificareCoeficienți | 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
modificareNoțiunea fizică | Simboluri | Ecuații |
---|---|---|
Intensitatea netă a emisiei/absorbției |
|
|
Energia internă a substanței |
|
|
Relația lui Mayer |
|
|
Conductivitatea termică |
|
În serie
În paralel |
Randament și eficiență
modificareNoțiunea fizică | Simboluri | Ecuații |
---|---|---|
Motoare termice |
|
Motor termic:
Randamentul Carnot: |
Mașină frigorifică | ε = eficiență | Eficiența răcirii
Eficiența Carnot |
Note
modificare- ^ en Keenan, Thermodynamics, Wiley, New York, 1947
- ^ en Atkins, P.W., Physical chemistry, Oxford University Press, 1978, ISBN: 0 19 855148 7
Bibliografie
modificare- 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.