Fysica 2022-2023
Hoofdstuk 16– thermodynamica
De nulde wet van de thermodynamica
Als voorwerp A in thermisch evenwicht is met voorwerp B en voorwerp C met B dan zullen
voorwerp A en C in thermisch evenwicht zijn wanneer ze in thermisch contact worden
gebracht met elkaar.
De fysische eigenschap die gelijk is wanneer twee objecten in thermisch evenwicht zijn is de
temperatuur . Als twee voorwerpen dezelfde temperatuur hebben zal er geen warmte vloeien
wanneer ze in thermisch contact worden geplaatst . Anderzijds als er warmte vloeit tussen twee
objecten volgt daaruit dat ze niet in thermisch evenwicht zijn en niet dezelfde temperatuur
hebben .
De eerste wet van de thermodynamica
Het is een bewering over energiebehoud die specifiek ook warmte betreft. De interne
energie van een systeem dat wil zeggen de som van al zijn potentiële en kinetische energieën
samen noemen we U i. Als er een hoeveelheid warmte Q naar het systeem vloeit neemt de
interne energie van het systeem toe tot zijn eindwaarde .
𝑈𝑓 = 𝑈𝑖 + 𝑄
dus
𝛥𝑈 = 𝑈𝑓 − 𝑈𝑖 = 𝑄
De interne Energy daalt als er warmte wordt afgevoerd uit het systeem. Q krijgt een positieve
waarde als het systeem warmte wint en negatief als het systeem warmte verliest . Het systeem
oefent een arbeid W uit op de uitwendige wereld. Als het systeem geïsoleerd is moet de
energie om dit werk te verrichten afkomstig zijn uit de interne energie van het systeem .
Dus als de initiële interne energie U i is, is de finale interne energie
𝑈𝑓 = 𝑈𝑖 − 𝑊
Daaruit volgt:
𝛥𝑈 = 𝑈𝑓 − 𝑈𝑖 = −𝑊
Aan de andere kant als er arbeid wordt uitgevoerd op het systeem neemt zijn interne energie
toe. W is positief wanneer het systeem arbeid verricht op de uitwendige wereld, W is negatief
wanneer er arbeid wordt uitgeoefend op het systeem. Dit alles combineert tot de eerste wet
van de thermodynamica.
𝛥𝑈 = 𝑄 − 𝑊
U noemt men de toestandsfunctie o mdat U enkel
afhangt van de toestand van het systeem en niet van de
manier waarop het systeem tot die toestand werd
gebracht . Q en v zijn geen toestandsfuncties zij zijn
afhankelijk van de precies gevolgde weg waarlangs het
systeem van toestand A naar toestand B werd gebracht .
, Thermische processen
In deze sectie worden verschillende thermodynamische processen besproken die de
toestand van een systeem kunnen veranderen. Deze processen kunnen plaatsvinden bij
constante druk, constant volume of constante temperatuur en geen wrijving. Sommige
processen staan geen warmteoverdracht toe. Alle processen worden quasi -statisch
uitgevoerd, waarbij het systeem in evenwicht is met de omgeving. We veronderstellen dat de
processen reversibel zijn, wat betekent dat zowel het systeem als de omgevin g teruggebracht
kun nen worden naar hun oorspronkelijke toestand. In de praktijk zijn de meeste processen
echter in zekere mate irreversibel.
Constante druk(isobaar)
Beschouwen een proces dat gebeurt bij constante druk. B eschouw een gas met druk 𝑃0 nul
dat in een cilinder met oppervlak A wordt bewaard. De zuiger beweegt naar buiten zodat het
volume van het gas toeneemt van een begin waarde 𝑉𝑖 naar een eindwaarde 𝑉𝑓 . We z e tten hier
de druk P uit ten opzichte van volume V in een (P,V)-plot . Het zojuist beschreven proces is het
horizontale stuk lijn.
In het algemeen Als de druk P constant is en het volume verandert met de hoeveelheid 𝛥𝑉 is
de Arbeid geleverd door het gas :
𝑤 = 𝑃𝛥𝑉 (𝑏𝑖𝑗 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑟𝑢𝑘)
Het donkere gebied is een rechthoek met hoog de 𝑃0 en breedte 𝑉𝑓 −
𝑉𝑖 en d aarom is zijn oppervlak 𝑃0 (𝑉𝑓 − 𝑉𝑖 ) = 𝑊. Hoewel dit resultaat werd
bereikt voor het speciale geval van een constante druk , is het geldig
voor elk proces , dat wil zeggen dat de arbeid die geleverd wordt door
een uitzettend gas gelijk is aan de oppervlakte onder de curve die het
proces voorstelt in een (P,V)-plot.
Constante volume
(isochoor)
Vervolgens beschouwen wat e en proces bij constant volume . Stel bijvoorbeeld dat warmte
wordt toegevoegd aan een gas in een container met een vast volume , wat ervoor zorgt dat de
druk stijgt . Aangezien er geen verplaatsing In de wanden optreedt, verricht de kracht die
uitgeoefend wordt door het gas geen arbeid. Zo hebben we voor elk proces bij constant
volume :
𝑊 = 0 (𝑉 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒)
Hoofdstuk 16– thermodynamica
De nulde wet van de thermodynamica
Als voorwerp A in thermisch evenwicht is met voorwerp B en voorwerp C met B dan zullen
voorwerp A en C in thermisch evenwicht zijn wanneer ze in thermisch contact worden
gebracht met elkaar.
De fysische eigenschap die gelijk is wanneer twee objecten in thermisch evenwicht zijn is de
temperatuur . Als twee voorwerpen dezelfde temperatuur hebben zal er geen warmte vloeien
wanneer ze in thermisch contact worden geplaatst . Anderzijds als er warmte vloeit tussen twee
objecten volgt daaruit dat ze niet in thermisch evenwicht zijn en niet dezelfde temperatuur
hebben .
De eerste wet van de thermodynamica
Het is een bewering over energiebehoud die specifiek ook warmte betreft. De interne
energie van een systeem dat wil zeggen de som van al zijn potentiële en kinetische energieën
samen noemen we U i. Als er een hoeveelheid warmte Q naar het systeem vloeit neemt de
interne energie van het systeem toe tot zijn eindwaarde .
𝑈𝑓 = 𝑈𝑖 + 𝑄
dus
𝛥𝑈 = 𝑈𝑓 − 𝑈𝑖 = 𝑄
De interne Energy daalt als er warmte wordt afgevoerd uit het systeem. Q krijgt een positieve
waarde als het systeem warmte wint en negatief als het systeem warmte verliest . Het systeem
oefent een arbeid W uit op de uitwendige wereld. Als het systeem geïsoleerd is moet de
energie om dit werk te verrichten afkomstig zijn uit de interne energie van het systeem .
Dus als de initiële interne energie U i is, is de finale interne energie
𝑈𝑓 = 𝑈𝑖 − 𝑊
Daaruit volgt:
𝛥𝑈 = 𝑈𝑓 − 𝑈𝑖 = −𝑊
Aan de andere kant als er arbeid wordt uitgevoerd op het systeem neemt zijn interne energie
toe. W is positief wanneer het systeem arbeid verricht op de uitwendige wereld, W is negatief
wanneer er arbeid wordt uitgeoefend op het systeem. Dit alles combineert tot de eerste wet
van de thermodynamica.
𝛥𝑈 = 𝑄 − 𝑊
U noemt men de toestandsfunctie o mdat U enkel
afhangt van de toestand van het systeem en niet van de
manier waarop het systeem tot die toestand werd
gebracht . Q en v zijn geen toestandsfuncties zij zijn
afhankelijk van de precies gevolgde weg waarlangs het
systeem van toestand A naar toestand B werd gebracht .
, Thermische processen
In deze sectie worden verschillende thermodynamische processen besproken die de
toestand van een systeem kunnen veranderen. Deze processen kunnen plaatsvinden bij
constante druk, constant volume of constante temperatuur en geen wrijving. Sommige
processen staan geen warmteoverdracht toe. Alle processen worden quasi -statisch
uitgevoerd, waarbij het systeem in evenwicht is met de omgeving. We veronderstellen dat de
processen reversibel zijn, wat betekent dat zowel het systeem als de omgevin g teruggebracht
kun nen worden naar hun oorspronkelijke toestand. In de praktijk zijn de meeste processen
echter in zekere mate irreversibel.
Constante druk(isobaar)
Beschouwen een proces dat gebeurt bij constante druk. B eschouw een gas met druk 𝑃0 nul
dat in een cilinder met oppervlak A wordt bewaard. De zuiger beweegt naar buiten zodat het
volume van het gas toeneemt van een begin waarde 𝑉𝑖 naar een eindwaarde 𝑉𝑓 . We z e tten hier
de druk P uit ten opzichte van volume V in een (P,V)-plot . Het zojuist beschreven proces is het
horizontale stuk lijn.
In het algemeen Als de druk P constant is en het volume verandert met de hoeveelheid 𝛥𝑉 is
de Arbeid geleverd door het gas :
𝑤 = 𝑃𝛥𝑉 (𝑏𝑖𝑗 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑟𝑢𝑘)
Het donkere gebied is een rechthoek met hoog de 𝑃0 en breedte 𝑉𝑓 −
𝑉𝑖 en d aarom is zijn oppervlak 𝑃0 (𝑉𝑓 − 𝑉𝑖 ) = 𝑊. Hoewel dit resultaat werd
bereikt voor het speciale geval van een constante druk , is het geldig
voor elk proces , dat wil zeggen dat de arbeid die geleverd wordt door
een uitzettend gas gelijk is aan de oppervlakte onder de curve die het
proces voorstelt in een (P,V)-plot.
Constante volume
(isochoor)
Vervolgens beschouwen wat e en proces bij constant volume . Stel bijvoorbeeld dat warmte
wordt toegevoegd aan een gas in een container met een vast volume , wat ervoor zorgt dat de
druk stijgt . Aangezien er geen verplaatsing In de wanden optreedt, verricht de kracht die
uitgeoefend wordt door het gas geen arbeid. Zo hebben we voor elk proces bij constant
volume :
𝑊 = 0 (𝑉 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒)
