نام بسته درسی : خواص ترمودینامیک مواد
———————————
فهرست:
فصل اول : قانون اول ترمودینامیک
فصل دوم : قانون دوم ترمودینامیک
فصل سوم : تعبیر آماری آنتروپی [2]و توابع ترمودینامیک
فصل چهارم : ظرفیت گرمایی ، آنتروپی و قانون سوم ترمودینامیک
فصل پنجم : تعادل فازی در سیستم یک جزئی و قانون کلارنویس – کلاپرون
فصل ششم : رفتار گازها
فصل هفتم : بررسی شرایط تعادل واکنش ها
فصل هشتم : رفتار محلول ها
فصل نهم : دیاگرامهای فازی در سیستم های دوتایی و حالات استاندارد.
فصل دهم : الکتروشیمی
بخش هایی از بسته درسی خواص ترمودینامیک مواد
فصل اول : قانون اول ترمودینامیک
تعریف مفاهیم کلی ترمودینامیکی
سیستم (sys) : مجموعه یا ماده مورد مطالعه و بررسی در ترمودیناک را سیستم می نامند .
محیط ( env ) : هر چیزی غیر از سیستم همان محیط می باشد.
جهان یا کل (uni) : به مجموعه سیستم و محیط جهان کل اطلاق می شود.
انواع سیستم
برحسب انتقال جرم و انرژی ، سیستم ها را به سه دسته زیر طبقه بندی می نمایند.
- سیستم ایزوله : به سیستمی اطلاق می شود که با محیط نه مبادله جرم و نه مبادله انرژی دارد.
- سیستم باز : به سیستمی اطلاق می شود که با محیط هم مبادله جرم و هم مبادله انرژی دارد.
- سیستم بسته : به سیستمی اطلاق می شود که با محیط مبادله جرم ندارد ولی ومبادله انرژی دارد.
نکته : در ترمودیناک معمولا با سیستم های بسته سر و کار داریم و ویژگی این سیستم ها این است که مقدار و جرم انها مشخص می باشد .
حالت (State) : حالت سیستم در واقع وضعیت سیستم را مشخص می نماید.
مشخص کردن حالت سیستم از دو طریق امکان پذیر می باشد :
- تعیین حالت میکروسکپی سیستم
تعیین حالت میکروسکپی سیستم نیاز به اطلاعاتی نظیر جرم ، سرعت ، موقعیت و تمام روش های حرکتی ذرات سازنده سیستم دارد که طبعا دستیابی به تمام این اطلاعات در مورد اجزای سازنده یک سیستم عملا دشوار می باشد.
- تعیین حالت ماکروسکپی سیستم
در صورت بسته بودن سیستم برای تعیین حالت ماکروسکپی سیستم ، می توان تعیین و مشخص کردن تنها دو پارامتر [3]یا خصوصیت از سیستم ، سایر خصوصیات سیستم را تعیین نمود . این دو پارامتر به عنوان متغیرهای مستقل سیستم و سایر خصوصیات سیستم ، متغیر های وابسته ( غیر مستقل ) نامیده می شوند.
نکته : حالت ماکروسکپی هر سیستم ، با داشتن جرم سیستم و حداقل دو متغیر مستقل ترمودینامیکی ( دما ، فشار یا حجم ) تعریف می شود . در صورتیکه سیستم بسته باشد ، دانستن همان دو متغیر مستقل کافی می باشد.
به عنوان مثال اگر فشار (P) و دما ( T) به عنوان متغیر های مستقل انتخاب گردند، در اینصورت حجم (V) متغیر وابسته ( غیر مستقل ) خواهد بود. به عبارت دیگر تغییرات حجم وابسته به تغییرات T.P می شود. و در این صورت خواهیم داشت :
V=f(T,P)
معادله رو به رو معادله حالت خوانده می شود.
نکته : انتخاب متغیر های مستقل معمولا بر اساس سهولت اندازه گیری متغیرها می باشد .
نکته : حالت ترمودینامیکی ماده با ثابت نگه داشتن دوپارامتر مستقل ثابت می ماند
نکته : هر گاه سیستمی پس از گذشتن از حالت های مختلف ، سر انجام به حالت اولیه خود بازگردد ، در اینصورت می گویند سیستم یک مدار یا چرخه را طی کرده است .
تابع حالت :
مقدار تابع حالت فقط به ابتدا و انحتای مسیر ارتباط دارد و به نوع ارتباطی ندارد. ( مانند تابع انرژی داخلی U ) یعنی تغییر تابع حالت از نقطه A تا B در دو مسیر مختلف 1 یا 2 کاملا یکسان می باشد.
نکته : انتگرال سیکلی این توابع برابر صفر می باشد.
نکته : این نوع توابع دارای دیفرانسیل کامل می باشند .
متغیر های ترمودینامیکی
- دما (T)
- فشار (P)
- حجم (V)
هر یک از این متغیر ها می تواند به نسبت به دو متغیر دیگر هم حکم متغیر وابسته را بازی کند یعنی
نکته : ترکیب شیمیایی (C) یک متغیر ترمودینامیکی می باشد که بصورت تک جزئی و یا چند جزئی می باشد . در سیستم های بیش از یک جز که اتفاقا در مباحث متالوژی از اهمیت زیادی برخوردارند ( به عنوان مثال در آلیاژها) ، علاوه بر 3 متغیر P . V. T ، ترکیب شیمیایی نیز به عنوان یک متغیر اهمیت خواهد داشت . مثالا در یک سیستم n جزئی ، ( n-1) متغیر در کنار سه متغیر P . V. T خواهد بود .
تابع یا کمیت ترمودینامیکی :
قراردادهایی که وضع شده تا مطالعات ترمودینامیکی ساده تر شوند مانند ، آنتالپی ، انتروپی و … کمیت های ترمودینامیکی به دو دسته تقسیم می شوند :
- کمیت غیر مقداری ( متمرکز ) ( کیفی ) intensive
ابعاد سیستم یعنی برزرگی و کوچکی سیستم نقشی در تعداد کمیت فوق ندارد .
به عنوان مثال فشار (p) دما (T) و چگالی (P) از کمیت های متمرکز یا غیر مقداری به حساب می آیند زیرا به بزرگی و کوچکی سیستم بستگی ندارند.
نکته : پتانسیل شیمیایی اجزای سیستم نیز از کیمیت های متمرکز یا غیر مقداری یکی سیستم به حساب می آید.
- کمیت های مقداری ( فراگیر ) Extensive
کمیت هایی از سیستم را نشان می دهد که مقدار آن به اندازه سیستم بستگی دارد به عنوان مثال جرم (m) ، حجم (V)
نکته : برای تبدیل یک کمیت فراگیر مانند حجم v (m3) به یک کمیت متمرکز مانند حجم مولی (m3/mol) باید آن را برای تعداد مولهای سازنده سیستم تقسیم نمود .
G’=فراگیر
G=متمرکز
توابع مسیر
مقدار این نوع توابع به نوع مسیر طی شده ارتباط دارد. در هر مسیر ، مقدار تغییر تابع برابر با سطح زیر منحنی می باشد.
نکته : میزان تغییر یکی تابع مسیر طی یکی مدار بسته برابر با سطح داخلی منحنی می باشد.
سطح داخلی منحنی
نکته : هر گاه جهت تحویل گاز در یک سیکل در جهت عقربه ساعت باشد علامت تابع مثبت در غیر این صورت علامت آن منفی است .
نکته : سطح داخلی منحی برای سیکل محاسبه می گردد. اگر تعداد سیکل بیشتری انجام شود باید مقدار تابع در تعداد سیکل ها ضرب شود .
انواع گاز ها
گازها بر دو نوع حقیقی و ایده آل ( کامل ) تقسیم می شوند. در نوع ایده آل از وزن ذرات تشکیل دهنده گاز و نیروهای بین ذرات صرفنظر می شود. گازهای حقیقی در دماهای نسبتا بالا و فشارهای نسبتا پایین رفتار ایده آل از خود نشان می دهند.
تجربه نشان داده است که برای کلیه گازها اگر آنگاه [R. ثابت جهانی گازها] بنابراین سختی های ایزوتروم P-V تصورت هذلولی بوده و از معادله زیر تبعیت می نمایند.
معادله حالت گاز ایده آل PV=RT
اگر گازی در محدود ای از قانون PV=RT تبعیت نماید ، گفته می شود که رفتار ایده آل دارد اگر گازی در تمام حالات این چنین باشد گفته می شود یک گاز کامل است .
T1>T2>Tcr>T3>T4
با کاهش دما در یک دما ، فشار و حجم بحرانی (cr) یک نقطه عطف داریم که زیر آن دو فاز مایع + بخار وجود دارد.
[4]
برای مشاوره اینجا بزنید [4]
[5][6] |