قانون صفرم ترمودینامیک

قانون صفرم ترمودینامیک

قانون صفرم ترمودینامیک بیان می‌کند که اگر دو سیستم با سیستم سومی در حال تعادل گرمایی باشند، با یکدیگر در حال تعادلند.

قانون اول ترمودینامیک

قانون اول ترمودینامیک که به عنوان قانون بقای کار و انرژی نیز شناخته می‌شود، می‌گوید که حالت تعادل ماکروسکوپی یک سیستم با کمیتی به نام انرژی درونی (U) بیان می‌شود. انرژی درونی دارای خاصیتی است که برای یک سیستم منزوی (ایزوله) داریم:

U=مقدار ثابت

اگر به سیستم اجازهٔ برهم‌کنش با محیط داده شود، سیستم از حالت ماکروسکوپی اولیهٔ خود به حالت ماکروسکوپی دیگری منتقل می‌شود که تغییر انرژی درونی را برای این تحول (فرآیند) می‌توان به شکل زیر نشان داد:

ΔU = Q - W

که در این فرمول W، کار ماکروسکوپی انجام شده توسط سیستم در برابر نیروی خارجی و Q مقدار گرمای جذب شده توسط سیستم در طی این فرآیند است.

قانون دوم ترمودینامیک

قانون اول ترمودینامیک تنها بیانی از تئوری کار و انرژی یا قانون بقای انرژی است. یک آونگ ساده یا یک آونگ ایده‌آل برای همیشه به نوسان ادامه می‌دهد. فیلمی از یک آونگ که به جلو و عقب نوسان می‌کند را در نظر بگیرید. اگر ما فیلم را برعکس نشان بدهیم، نخواهیم توانست آن را از حالت عادی تشخیص بدهیم.

اما برداری (نشانگری) برای زمان وجود دارد. دامنهٔ نوسان آونگ به تدریج کوجکتر می‌شود. اگر توپی را از ارتفاع خاصی رها کنید، در هر بار برخورد توپ با زمین، کمتر از دفعهٔ قبل بالا خواهد آمد. فیلمی از این توپ در دنیای واقعی، هنگام پخش برعکس، متفاوت دیده خواهدشد. قطعات یخ در داخل فنجان چای ذوب می‌شوند در حالی که چای سردتر می‌شود.

هیچ تناقضی با قانون اول ترمودینامیک نخواهد داشت اگر ما ببینیم که در داخل یک فنجان چای قطعات یخ تشکیل شده و چای گرمتر شود. این با قانون بقای انرژی سازگار است اما «ما هیچگاه چنین چیزی را نمی‌بینیم». قانون دوم ترمودینامیک توضیح می‌دهد که چرا چنین چیزی اتفاق نمی‌افتد.

کلوین-پلانک

ساخت یک موتور گرمایی سیکلی (چرخه‌ای) که جر جذب گرما از منبع و انجام کار مساوی با گرمای چذب شده تأثیر دیگری بر محیط نداشته باشد، غیر ممکن است.

یا می‌توان گفت که: ساخت ماشین گرمایی با بازدهی ۱۰۰ درصد غیرممکن است.

بیان کلازیوس

ساخت یک موتور سیکلی که تأثیری جز انتقال مداوم گرما از دمای سرد به دمای گرم نداشته باشد، غیر ممکن است.

ارتباط این دو بیان

این دو بیان قانون دوم ترمودینامیک معادل (هم‌ارز) هستند. اگر بتوان یکی از آنها را نقض کرد، دیگری نیز نقض می‌شود.

قانون سوم ترمودینامیک

قانون سوم ترمودینامیک می‌گوید هنگامی که انرژی یک سیستم به حداقل مقدار خود میل می‌کند، انتروپی سیستم به مقدار قابل چشم‌پوشی می‌رسد. یا بطور نمادین: هنگامی که ،

از رابطهٔ بین انرژی درونی و دما، رابطهٔ بالا را می‌توان به صورت زیر نوشت:

هنگامی که ،

اما در هنگام کاربرد این قانون باید توجه داشت که در این دما ( ) سیستم در حال تعادل است یا نه. زیرا با پایین آمدن دما، سرعت رسیدن به تعادل خیلی زیاد می‌شود.

دسته‌بندی ترمودینامیک

ترمودینامیک کلاسیک

 

ترمودینامیک کلاسیک شاخه‌ای از ترمودینامیک است که معمولاً سیستم‌ها را از روی خواص ماکروسکوپی آنها مورد بررسی قرار می‌دهد.

۲۲٫۴ لیتر گاز تک اتمی را در دمای ۲۷۳ کلوین در نظر بگیرید. این گاز یک مول اتم گازی شکل داشته و دارای ۶٫۰۲۲×۱۰۲۳ اتم است. برای مشخص کردن حالت این گاز از دیدگاه میکروسکوپی، باید مقادیر ۳ متغیر مختصاتی فضایی و ۳ متغیر سرعتی متناظر را مشخص کنیم. بنابراین ما با ۳۶٫۱۳۲×۱۰۲۳ مقدار متغیر سروکار خواهیم داشت.

حتی با یک کامپیوتر نیز انجام چنین محاسباتی وقت گیر است. بنابراین این دیدگاه در ترمودینامیک کلاسیک کاربد چندانی نداشته و بجای آن از ترمودینامیک آماری که بر پایهٔ مکانیک آماری استوار است، استفاده می‌شود.

برخی از کتابها این دیدگاه را جزو ترمودینامیک آماری به حساب می‌آورند.

دیدگاه ماکروسکوپی ترمودینامیک کلاسیک

در این دیدگاه اثرات کلی یا متوسط ذرات در نظر گرفته شده و بر روی آنها بحث می‌شود. مثلاً فشار معیاری از سرعت متوسط ذرات گاز است.

ترمودینامیک آماری

ترمودینامیک آماری یکی از شاخه‌های ترمودینامیک و یکی از کاربردهای دانش آمار در مکانیک و فیزیک به شمار می‌آید. با استفاده از ترمودینامیک آماری می‌توانیم کمیت‌های گوناگون ترمودینامیکی همچون کار، حرارت، و آنتروپی را در سطح و مقیاس مولکولی شرح و تفسیر نماییم.

انتروپی و انتالپی

تاریخچه

ایده‌های اوّلیّه مربوط به نظریّۀ سینتیک گازها به اواسط سدۀ هجدهم (م) و به انتشار هیدرودینامیک (Hydrodynamica) در سال 1738 م توسط ریاضی‌دان و فیزیک‌دان سویسی برنویی (Bernoulli) باز می‌گردد. او در آنجا مطرح نمود که گازها از تعداد خیلی زیادی ذرّات بسیار ریز تشکیل شده‌اند که به هر سو در حال حرکت و رفت و آمدند. همچنین مطرح شد که ضربۀ (impact) برخورد این ذرّات بر یک سطح است که به صورت فشار ظاهر می‌شود، و نیز حرارت حاصله، ناشی از انرژی سینتیک آن ذرّات است. جالب توجّه است که همان تفسیر‌ها و برداشت‌ها هنوز هم مورد قبول و استفادۀ دانشمندان است.

تفاسیر مختلف انتروپی

واژهٔ اِنتروپی یا آنتروپی در رشته‌های گوناگون علمی، معانی متفاوت پیدا کرده است که اساسی‌ترین آنها در زیر آورده شده‌اند.

  • برای یک فرآیند بسیار کوچک هم‌دمای برگشت‌پذیر داریم:

 

  • انتروپی بردار زمان است یعنی یک شاخص اساسی زمان است.
  • از دیدگاه انرژی آزاد انتروپی با گرمایی که برای انجام کار در دسترس نیست،ارتباط دارد.
  • انتروپی اندازهٔ بی‌نظمی سیستم یا ماده‌ای است که در حال بررسی است.
  • انتروپی معیاری از اشتباهات تصادفی است که در هنگام انتقال یکسیگنال به وجود می‌آید. بنابراین می‌تواند معیاری از بازدهی سیستم ارسال پیام باشد.
  • انتروپی معیاری از تعداد حالت‌های داخلی است که یک سیستم می‌تواند داشته باشد،بدون آنکه برای یک ناظر خارجی که فقط کمیت‌های ماکروسکوپیک (مثلاً جرم، سرعت، بارو...) آن را مشاهده می‌کند، متفاوت به نظر برسد.

مفهوم ترمودینامیکی

انتروپی (S) کمیتی ترمودینامیکی است که اندازه‌ای برای درجهٔ بی‌نظمی در هر سیستم است. هر چه درجهٔ بی‌نظمی بالاتر باشد، آنتروپی بیشتر است. بنابراین برای یک مادهٔ معین در حالت تعادل درونی کامل در هر حالت، داریم:

انتروپی جامد < انتروپی مایع < انتروپی گاز

واحد انتروپی در سیستم SI، ژول بر مول کلوین است. (J/mol.K).

توجه به این نکته ضروری است که انتروپی یک تابع حالت و مستقل از مسیر است.

با فرض صادق بودن قانون سوم ترمودینامیک می‌توان بصورت زیر مقدار مطلقی برای انتروپی جامدات در دماهای بالا بدست آورد:

 

در صورتی که مادهٔ مورد نظر در دماهای بالا تحت استحاله‌های فازی قرار گرفته و حالت آن تغییر یابد، باید از صورت کلی فرمول انتروپی به شکل زیر استفاده کرد:

 


که در این فرمول،
Tm دمای ذوب، Tv دمای جوش،ΔHm تغییر آنتالپی در اثر ذوب، ΔHv تغییر آنتالپی در اثر جوش و (Cp(l)، Cp(s و (Cp(g به ترتیب ظرفیت گرمایی ماده در حالت جامد، مایع و گاز در فشار ثابت هستند.

انواع انتروپی

آنتالپی

گرمای جذب شده بوسیله واکنشی که در فشار ثابت انجام می‌گیرد برابر با تغییر آنتالپی است. آنتالپی ، همانند انرژی داخلی ، تابعی از حالت سیستم و مستقل از راهی است که به آن حالت می‌رسد. یعنی تابع حالت و یک کمیت شدتی است.

 

 

کار در واکنشهای شیمیایی

برای واکنشهای شیمیایی عادی ، کار عموما ناشی از تغییرات فشار ، حجم است. اگر سیستم (به علت گاز) منبسط شود، در برابر فشار اتمسفر کار انجام می‌دهد و‌این نمونه‌ای از کار فشار - حجم است. جمله PV دارای ابعاد کار است. فشار که نیرو بر واحد سطح است، بر حسب نیوتن بر متر مربع N/m2 بیان می‌شود. اگر حجم بر حسب متر مکعب m3 بیان شده باشد، حاصلضرب PV عبارت خواهد بود از:

(PV=(N/m2)(m3)=N.m(J


نیوتن متر (یک ژول) یک واحد کار است، زیرا کار به صورت حاصلضرب نیرو (نیوتن) در فاصله (متر) تعریف شده است. به طریق مشابه می‌توان گفت که لیتر اتمسفر نیز واحد کار است. اگر فشار ثابت بماند و حجم بر اثر انبساط از
VA به VB برسد، کار انجام شده عبارت خواهد بود از:

W=P(VB-VA)=P∆V

 

کار انجام شده در حجم ثابت

هیچ گونه کار فشار ، حجمی نمی‌تواند بوسیله فرآیندی که در حجم ثابت صورت می‌گیرد، انجام شود، W=0 خواهد بود. پس در حجم ثابت معادله: E=Q-W
به صورت زیر در خواهد آمد:
E=QV که در آن qv کار انجام شده در حجم ثابت است.

کار انجام شده در فشار ثابت

در شیمی فرآیندهایی که در فشار ثابت انجام می‌گیرند، بسیار متداولتر از فرآیندهایی هستند که در حجم ثابت انجام می‌شوند. اگر ما توجه خود را بکار فشار - حجم متمرکز کنیم، کار انجام شده در فرآیندهایی که در فشار ثابت به صورت P∆V خواهد بود. پس در فشار ثابت معادله
:
E=q-W به صورت زیر در خواهد آمد:

E=qp+P∆V


اگر در معادله فوق
qp را به دست آوریم خواهیم داشت:

qp=∆E+P∆V


که در آن ، گرمای جذب شده بوسیله سیستم در فشار ثابت است.

 

 

تابع ترمودینامیکی آنتالپی

تابع ترمودینامیکی آنتالپی ، H ، با معادله زیر معادله زیر تعریف می‌شود:H=E+PV
بنابراین
qp=∆H
یعنی گرمای جذب شده بوسیله سسیتم در واکنش در فشار ثابت:
اعتبار قانون هس نیز براساس آنتالپی استوار است.

رابطه بین تغییرات در آنتالپی و تغییر در انرژی درونی

وقتی که برای اندازه گیری‌های گرماسنجی، از گرماسنج بمبی استفاده می‌کنیم، اثر گرمایی در حجم ثابت اندازه گیری می‌شود. واکنشهای معمولی در فشار ثابت انجام می‌شوند. رابطه میان تغییر در آنتالپی و تغییر در انرژی داخلی برای تبدیل گرماهای واکنش در حجم ثابت qv=∆E به گرماهای واکنش در فشار ثابت qp=∆E مورد استفاده قرار می‌گیرد. این تغییر با توجه به تغییر حجم محصولات واکنش به عمل می‌آید و این تغییر در حجم مایعات و جامدات به قدری است که می‌توان ان را نادیده گرفت.

اما در واکنشهایی که مواد گازی دخالت دارند، تغییر حجم اهمیت پیدا می‌کند فرض کنید که
VqA حجم کلی واکنش دهنده‌هایی گازی ، VqB حجم کلی محصولات گازی ، nA عمده مولهای واکنش دهنده‌های گاز ، np عده مولهای محصولات گازی و فشار و دما ثابت است. در این صورت E+(∆n)RT∆=∆
که در آن
n∆ عده مولهای محصولات منهای عده مولهای واکنش دهنده‌های گازی است.

 

ظرفیت گرمایی

 

ظرفیت گرمایی (ظرفیت حرارتی) یک سیستم با C نشان داده می‌‌شود که عبارت است از نسبت گرمای مبادله شده با سیستم به تغییر دمای ناشی از مبادله گرما. مفهوم ظرفیت گرمایی فقط درمواردی به کارمی‌رود که مبادله گرما با سیستم تنها باعث تغییر دمای سیستم شود و در مواردی که تغییرفاز ایجادمی‌شود، به کارنمی‌رود.

ظرفیت گرمایی ویژه مقدار گرمایی است که با واحد جرم کنترلی سیستم مبادله می‌شود تا دمای آن ۱ درجه سانتیگراد تغییر یابد.

تئوری انیشتن در ظرفیت گرمایی جامدات

در اوایل قرن ۲۰ ام، انیشتین تئوری کوانتوم را برای توضیح داده‌های تجربی عناصر جامد بکار برد. فرض شد که هر اتم در کریستال مانند یک نوسانگر هارمونیک با نوسان در طول سه جهت عمود بر هم ر

/ 9 نظر / 14 بازدید
Get VPN

سلام دوست من . وبلاگ فوق العاده اي داري . چند ثانيه بيشتر وقتت رو نمگيرم : از فيلتر بودن سايت هاي مختلف ات بيشتر به وبلاگ من سر بزنيد . موفق باشيد

سوسن

بهترين سايت دانلود آهنگ هاي جديد و زيبا

Get VPN

سلام دوست من . وبلاگ فوق العاده اي داري . چند ثانيه بيشتر وقتت رو نمگيرم : از فيلتر بودن سايت هاي مختلف خسته شدي ؟ يوتيوب واست فيلتره ؟ فيس بوک واست باز نميشه ؟ توي گوگل به عنوان يک کاربر تحريم شده شناخته ميشي ؟ به شما استفاده از سرويس "وي پي ان" رو معرفي ميکنم . براي دريافت اطلاعات بيشتر به وبلاگ من سر بزنيد . موفق باشيد

امير دهنوي

سلام. دوست عزيزم خوشحالم كه وبلاگي پربار داريد. از طرف سايت لينك نگار دات كام مزاحمتون ميشم. براي وجود به جمع ما كافيه تو گوگل بزنيد"لينك نگار" تا اولين لينك شما رو به جمع ما پيوند بزنه. تو اين سايت سيستمي كاملا هوشمند طراحي كرديم كه با توجه به پارامترهاي كاملا عادلانه كه از گوگل دريافت مي كند تعداد بازديد شما را دريافت كرده و در گوگل و موتورهاي جستجوي ديگه مثل ياهو ثبت مي كنه. بنابراين هم مطالبتان در سايت ثبت مي شود و هم در گوگل ايندكس ميشود و هم اينكه تو كلي وبلاگ ديگه هم به نمايش در مياد حسن اين كارم اينه كه بازديدتون بيشتر مي شه و مي تونين سايت پربازدهي رو مديريت كنيد. شما مي تونيد به هنگام آپ ديت وبلاگ خود لينك مطلب جديد رو تو لينك باكس قرار بديد تا در مدت زمان كمتري مطلبتون بازديد مورد نظرشو بگيره. براي ورود به جمع ما كافيه ثبت نام كنيد و كد لينك باكس رو تو قالبتون قرار بدبد و بعدش لينكهاتون رو ثبت كنيد. قبل از ارسال لينك قوانين رو مطالعه بكنيد و توجه داشته باشيد كه در صورت استفاده از يك لينك در زمان هاي مختلف سيستم به صورت هوشمند شما را حذف كرده و متاسفانه عضويت تان رو ملغي مي كنه كه اين واقع

ali mahrooz

سلام دوستم وبلاگ قشنگي داري فقط رنگ پشت زمينه رو تغيير بدي بهتره راستي به سايت منم سر بزن تمام فيلم هاي روز رو ميتوني توش پيدا کني www.pikshop1.com خوشحال ميشم فعلا باي

امير دهنوي

سلام. دوست عزيزم خوشحالم كه وبلاگي پربار داريد. از طرف سايت لينك نگار دات كام مزاحمتون ميشم. براي ورود به جمع ما كافيه تو گوگل بزنيد " لينك نگار" اولين لينك شما رو به ما پيوند ميزنه. تو اين سايت سيستمي كاملا هوشمند طراحي كرديم كه با توجه به پارامترهاي كاملا عادلانه كه از گوگل دريافت مي كند تعداد بازديد شما را دريافت كرده و در گوگل و موتورهاي جستجوي ديگه مثل ياهو ثبت مي كنه. بنابراين هم مطالبتان در سايت ثبت مي شود و هم در گوگل ايندكس ميشود و هم اينكه تو كلي وبلاگ ديگه هم به نمايش در مياد حسن اين كارم اينه كه بازديدتون بيشتر مي شه و مي تونين سايت پربازدهي رو مديريت كنيد. شما مي تونيد به هنگام آپ ديت وبلاگ خود لينك مطلب جديد رو تو لينك باكس قرار بديد تا در مدت زمان كمتري مطلبتون بازديد مورد نظرشو بگيره. براي ورود به جمع ما كافيه ثبت نام كنيد و كد لينك باكس رو تو قالبتون قرار بدبد و بعدش لينكهاتون رو ثبت كنيد. قبل از ارسال لينك قوانين رو مطالعه بكنيد و توجه داشته باشيد كه در صورت استفاده از يك لينك در زمان هاي مختلف سيستم به صورت هوشمند شما را حذف كرده و متاسفانه عضويت تان رو ملغي مي كنه كه اين واقعا ب

امير دهنوي

سلام. دوست عزيزم خوشحالم كه وبلاگي پربار داريد. از طرف سايت لينك نگار دات كام مزاحمتون ميشم. براي ورود به جمع ما كافيه تو گوگل بزنيد " لينك نگار" اولين لينك شما رو به ما پيوند ميزنه. تو اين سايت سيستمي كاملا هوشمند طراحي كرديم كه با توجه به پارامترهاي كاملا عادلانه كه از گوگل دريافت مي كند تعداد بازديد شما را دريافت كرده و در گوگل و موتورهاي جستجوي ديگه مثل ياهو ثبت مي كنه. بنابراين هم مطالبتان در سايت ثبت مي شود و هم در گوگل ايندكس ميشود و هم اينكه تو كلي وبلاگ ديگه هم به نمايش در مياد حسن اين كارم اينه كه بازديدتون بيشتر مي شه و مي تونين سايت پربازدهي رو مديريت كنيد. شما مي تونيد به هنگام آپ ديت وبلاگ خود لينك مطلب جديد رو تو لينك باكس قرار بديد تا در مدت زمان كمتري مطلبتون بازديد مورد نظرشو بگيره. براي ورود به جمع ما كافيه ثبت نام كنيد و كد لينك باكس رو تو قالبتون قرار بدبد و بعدش لينكهاتون رو ثبت كنيد. قبل از ارسال لينك قوانين رو مطالعه بكنيد و توجه داشته باشيد كه در صورت استفاده از يك لينك در زمان هاي مختلف سيستم به صورت هوشمند شما را حذف كرده و متاسفانه عضويت تان رو ملغي مي كنه كه اين واقعا ب

faryad

http://www.box.net/shared/las4svx9spكشتار نسلي كه بعد از 21 سال بار ديگر سر برآورد-مرداد ماه سال67 در تاريخ زندان و زنداني در نظام ولايت از ياد نارفتني است. از نخستين روزهاي اين ماه خميني به يكي از فجيع ترين جنايات ضد انساني خود يعني قتل‌عام زندانيان سياسي دست زد.

امير دهنوي

سلام. دوست عزيزم خوشحالم كه وبلاگي پربار داريد . از طرف سايت لينك نگار دات كام مزاحمتون ميشم. تو اين سايت براي افزايش بازديد شما با همكاري شركت گوگل سيستم افزايش بازديد لينك نگار رو افتتاح كرديم. كه مي تونيد در مواقع آپ شدن وبلاگ خودتون رو اون جا ثبت كنيد تا بازديد وبلاگ تون چند برابر بشه. فقط قبل از ثبت نام قوانين رو خو ب بخونيد تا روبات سيستم خداي نكرده لينكتون رو حذف نكنه. با تشكر