KT1301 Samenvatting thermodynamica
Introductie in thermodynamica
Thermodynamica: studie van hoe warmte verdeeld is over een systeem.
Toestandsvariabele: Een eigenschap van een systeem die alleen afanneliin is van
de toestand van het systeem. Het maant niet uit op welne manier ie tot de
toestand nomt, of van de vorige toestand.
Voorbeeld: rit van punt A naar punt B via twee verschillende routes. Het verschil in
luchtdrun is hetzelfde na route 1 als na route 2. Luchtdrun is nameliin een
toestandsvariabele. Het benzineniveau is echter anders na route 1 dan na route 2.
- Intensieve toestandsvariabele: onafanneliin van de grootte van het
systeem. Specifenee.[X/ng].
Voorbeeld: temperatuur, drun, dichtheid
- Extensieve toestandsvariabele: afanneliin van de systeemgrootte.
Totalee[X].
Voorbeeld: hoeveelheid materie, volume, energie
Voorbeeld (zie afeelding): een systeem met volume V, energie E, dichtheid, T en drun p. Neem nu
hetzelfde systeem, maar dan twee neer zo groot. De extensieve toestandsvariabelen als volume en
energie worden dan twee neer zo groot, maar de intensieve toestandsvariabelen als temperatuur,
drun en dichtheid bliiven geliin.
Thermodynamisch systeem: omvat alles binnen een gedefnieerde grens. Tussen het
thermodynamische systeem en ziin omgeving nan uitwisseling ziin van warmte, arbeid en materie.
Hoofdnlassen van systemen:
- Open systeem: er is uitwisseling van warmte, arbeid en materie.
- Gesloten systeem: er is geen uitwisseling van materie, maar wel van energie.
- Adiabatisch/thermisch geïsoleerd systeem: er vindt geen uitwisseling plaats van warmte en
materie, maar wel van arbeid.
- Mechanisch geïsoleerd: er vindt uitwisseling plaats van arbeid, maar niet van warmte en
materie.
Warmte-uitwisseling nan via de volgende processen plaatsvinden:
- Conductie: warmte stroomt van warm naar noud binnen een stof door botsingen.
- Straling: warm lichaam straalt meer elentromagnetsche straling uit naar een noud lichaam.
- Convectie: moleculen transporteren hun warmte met stroming van een vloeistof of gas.
Kinetsche energie stroomt altid van hoge naar lage snelheden. Warmte stroomt dus van hoog naar
laag. Kinetische temperatuur is afanneliin van de ninetsche energie:
T=
2
3 kb
KE=
2 1
3kb 2(m v2 )
De nans dat en deeltie een bepaalde energie heef, wordt bepaald door de Maxwell-Boltzmann
verdeling.
, Arbeid in een thermodynamisch systeem
NB: arbeid wordt altid gezien als de arbeid verricht óp het systeem. Bii expansie wordt er een nracht
verricht dóór het systeem naar buiten toe. De arbeid verricht óp het systeem is dan dus negatef.
Voor de arbeid geldt daarom:
δW =−pdV
∆ W =∫ δW =−∫ pdV
De verrichtte arbeid en warmtetoename ziin afanneliin van de genomen route.
Hoofdwetten van thermodynamica
0de hoofdwet
Als twee systemen in evenwicht zijn met een derde systeem, zijn ze ook in evenwicht met elkaar.
Een thermisch evenwicht houdt in dat er wel contact is tussen de systemen, maar er geen netto
warmtetransport plaatsvindt.
1e hoofdwet
Energie kan niet gecreëerd of vernietgd worden.
Energie wordt alleen omgezet in andere vormen van energie:
dU =δQ+ δW
Met:
U = verandering van de interne energie
δQ = warmte die is toegevoegd aan het systeem
δW = arbeid die is toegevoegd aan het systeem
Warmte-energie
Q=mc ∆ T
Hierin is c = soorteliine warmte
Voor een adiabatsch systeem geldt dat er geen warmte uitwisseling plaatsvindt, dus geldt:
dU =δW =− pdV =0
Introductie in thermodynamica
Thermodynamica: studie van hoe warmte verdeeld is over een systeem.
Toestandsvariabele: Een eigenschap van een systeem die alleen afanneliin is van
de toestand van het systeem. Het maant niet uit op welne manier ie tot de
toestand nomt, of van de vorige toestand.
Voorbeeld: rit van punt A naar punt B via twee verschillende routes. Het verschil in
luchtdrun is hetzelfde na route 1 als na route 2. Luchtdrun is nameliin een
toestandsvariabele. Het benzineniveau is echter anders na route 1 dan na route 2.
- Intensieve toestandsvariabele: onafanneliin van de grootte van het
systeem. Specifenee.[X/ng].
Voorbeeld: temperatuur, drun, dichtheid
- Extensieve toestandsvariabele: afanneliin van de systeemgrootte.
Totalee[X].
Voorbeeld: hoeveelheid materie, volume, energie
Voorbeeld (zie afeelding): een systeem met volume V, energie E, dichtheid, T en drun p. Neem nu
hetzelfde systeem, maar dan twee neer zo groot. De extensieve toestandsvariabelen als volume en
energie worden dan twee neer zo groot, maar de intensieve toestandsvariabelen als temperatuur,
drun en dichtheid bliiven geliin.
Thermodynamisch systeem: omvat alles binnen een gedefnieerde grens. Tussen het
thermodynamische systeem en ziin omgeving nan uitwisseling ziin van warmte, arbeid en materie.
Hoofdnlassen van systemen:
- Open systeem: er is uitwisseling van warmte, arbeid en materie.
- Gesloten systeem: er is geen uitwisseling van materie, maar wel van energie.
- Adiabatisch/thermisch geïsoleerd systeem: er vindt geen uitwisseling plaats van warmte en
materie, maar wel van arbeid.
- Mechanisch geïsoleerd: er vindt uitwisseling plaats van arbeid, maar niet van warmte en
materie.
Warmte-uitwisseling nan via de volgende processen plaatsvinden:
- Conductie: warmte stroomt van warm naar noud binnen een stof door botsingen.
- Straling: warm lichaam straalt meer elentromagnetsche straling uit naar een noud lichaam.
- Convectie: moleculen transporteren hun warmte met stroming van een vloeistof of gas.
Kinetsche energie stroomt altid van hoge naar lage snelheden. Warmte stroomt dus van hoog naar
laag. Kinetische temperatuur is afanneliin van de ninetsche energie:
T=
2
3 kb
KE=
2 1
3kb 2(m v2 )
De nans dat en deeltie een bepaalde energie heef, wordt bepaald door de Maxwell-Boltzmann
verdeling.
, Arbeid in een thermodynamisch systeem
NB: arbeid wordt altid gezien als de arbeid verricht óp het systeem. Bii expansie wordt er een nracht
verricht dóór het systeem naar buiten toe. De arbeid verricht óp het systeem is dan dus negatef.
Voor de arbeid geldt daarom:
δW =−pdV
∆ W =∫ δW =−∫ pdV
De verrichtte arbeid en warmtetoename ziin afanneliin van de genomen route.
Hoofdwetten van thermodynamica
0de hoofdwet
Als twee systemen in evenwicht zijn met een derde systeem, zijn ze ook in evenwicht met elkaar.
Een thermisch evenwicht houdt in dat er wel contact is tussen de systemen, maar er geen netto
warmtetransport plaatsvindt.
1e hoofdwet
Energie kan niet gecreëerd of vernietgd worden.
Energie wordt alleen omgezet in andere vormen van energie:
dU =δQ+ δW
Met:
U = verandering van de interne energie
δQ = warmte die is toegevoegd aan het systeem
δW = arbeid die is toegevoegd aan het systeem
Warmte-energie
Q=mc ∆ T
Hierin is c = soorteliine warmte
Voor een adiabatsch systeem geldt dat er geen warmte uitwisseling plaatsvindt, dus geldt:
dU =δW =− pdV =0
