Noțiuni Termodinamice de Bază

1. Masa moleculară

Masa moleculară (absolută) a unei molecule, notată m0, este masa unei molecule de substanţă exprimată în kilograme.

Unitatea atomică de masă este definită ca a 12-a parte din masa izotopului de carbon .

kg.

Masa moleculară relativă a unei molecule, notată mr, reprezintă numărul adimensional care arată de câte ori masa absolută a unei molecule este mai mare decât masa etalon u: .

2. Structura discretă a substanţei, definirea molului

Noţiunea de masă, definită la mecanică, exprimă proprietăţile inerţiale macroscopice ale unui sistem. Pentru evidenţierea structurii discrete a substanţei definim alte mărimi, referitoare la particule elmentare costituente ale unui sistem, la cantitatea şi numărul acestora. Orice corp este constituit din atomi asociaţi în molecule.

Molul

Molul este unitatea fundamentală pentru exprimarea cantităţii de substanţă dintr-un sistem fizic. Un mol este definit ca fiind cantitatea de substanţă a cărei masă, exprimată în grame, a uni sistem conţinând atâtea particule constituente câţi atomi există în 12 grame de carbon 12 ( ).

3. Mărimi molare, cantitatea de substanţă – noţiuni, definiţie pentru un sistem fizic constituit din molecule.

Un sistem fizic constituit din molecule este caracterizat de marimile prezentate mai jos.

- Masă molară, notată μ, este masa unui mol dintr-o substanţă constituită din molecule, exprimată în grame, care este numeric egală cu masa moleculară relativă a moleculelor constituente şi depinde exclusiv de natura substanţei: ; 1kmol’103mol.

- Numărul lui Avogadro, notat NA, reprezintă numărul de molecule dintr-un mol de substanţă: .

- Volumul molar Vμ reprezintă volumul ocupat de un mol de substanţă. În aceleaţi condiţii de presiune şi temperatura, toate gezele ocupă acelaşi volum molar. În condiţii normale de presiune şi temperatură (p0’1,013 105N/m2 şi θ0=0ºC), toate gazele ocupă volumul molar 22,41 .

- Cantitatea de substanţă

Cantitatea de substanţă a unui sistem, notată υ, exprimă nr de moli conţinuţi de aceasta. Substanţa este caracterizată de masa molară μ şi volumul molar Vμ, iar sistemul conţine N particule elementare (molecule, atomi, ioni, nuclee), ocupând un volum V şi având o masă totală m. .

4. Sistem termodinamic.

Definirea sistemului termodinamic se face în viziunea microscopică asupra substanţei, tinând cont de structura discretă a acesteia.

Sistem termodinamic

Prin sistem termodinamic se înţelege un sistem fizic delimitat de mediul exterior printr-o suprafaţă reală sau imaginară, relizat din unul sau mai multe corpuri macroscopice, conţinând o cantitate finită de substanţă, care este alcătuită dintr-un număr mare de particule elementare constituente(molecule, atomi, electroni liberi, etc.)

Constitue sisteme termodinamice:orice formă geometrică solidă, orice lichid aflat într-un vas, orice gaz aflat într-o incintă, orice amestec solid, lichid, gazos sau mixt, organismele biologice etc.

Sistemele termodinamice pot fi:

- Izolate, dacă sitemul nu schimbă nici energie şi nici substanţă cu mediul exterior;

- Închise, dacă sitemul schimbă doar energie, nu şi substanţă cu mediul exterior;

- Deschise, dacă sitemul schimbă şi energie, şi substanţă cu mediul exterior.

Parametrii de stare ai unui sistem termodinamic. Pentru a putea studia starea sau evoluţia unui sistem termodinamic, acestuia i se pot asocia o multitudine de parametri fizici definitorii, atât de natură macroscopică cât şi de natură microscopică.

Numărul gradelor de libertate ale unui sistem termodinamic îl constitue numărul parametrilor de stare independenţi aleşi pentru a descrie integral un anumit proces fizi. Alţi parametri consideraţi pentru descrierea respsctivului proces fizic se numesc parametri dependenti, aflându-se în relaţii matematice de legătură între e, precum şi cu parametri independenţi.

Starea unui sistem termodinamic. Dintre toţi parametri definitori posibili ai uni sistem termodinamic se aleg acei parametri care descriu un proces fizic din punct de vedere alinteresului asupra acestuia. Mulţimea parametrilor consideraţi descriu starea sistemului termodinamic.

Când un sistem nu evolueaza, sistemul termodinamic se află în stare staţionară, iar când evoluează se află în stare nestaţionară.

Postulatul fundamental al termodinamicii

Unsistem terodinamic izolat de madiul exterior şi aflat într-o stare de neechilibru va evolua spre o stare de echilibru termodinamic, în care va ajunge după un interval de timp şi pe care nu o va părăsi de la sine.

5. Mărimi energetice specifice sistemelor termodinamice

Enrgia intenă a unui sistem termodinamic U este o mărime fizicăscalară de stare a unui sistem termodinamic. Particulele constituente ale unei substanţe se află într-o continuă mişcare de agitaţie termică. La un moment dat, fiecare particulă posedă o emergie cinetică dată de natura particulei şi de conjunctura în care se află cu particulele vecine.

Căldura Q este o mărime fizică scalară de proces care măsoară transferul de energie prin contact termic între sistemele termodinamice în procesele care au loc între acestea. Căldura se măsoară, în S.I., în jouli (J), ca şi energia. Caloria este unitatea de măsură tolerată în tehnică: 1 cal = 4,18 J (echivalentul caloriei în jouli).

6. Contacte între sisteme termodinamice

Contactul între un sistem termodinamic şi un alt sistem din mediul exterior lui se realizează atunci când sistemul dat nu mai e izolat de mediul exterior, având loc interacţiuni cu calălalt sistem.

Contactul dintre cele două sisteme poate fi:

- Contact mecanic, atunci când schimbul de energie dintre sisteme se face prin lucrul mecanic realizat de forţele efectuate de unl dintre sisteme asupra celuilalt;

- Contact termic, atunci când schibul de energie dintre sisteme se face exclusiv prin căldură;

- Contact prin shimb de substanţă între cele două sisteme.

7. Proces termodinamic

Termodinamica studiază sistemele termodinamice care scimbă enrgie cu exteriorul sub formă de căldură şi de lucru mecanic.

Procesul termodinamic se defineşte ca fiind un sistem termodinamic dintr-o stare de echilibru în altă stare de echilibru. Procesul termodinamic mai poartă şi numele de transformare de stare.