Thermodynamica
1. Inleiding deel thermodynamica
Thermodynamica:
- = beschrijft de verandering van systemen en hun interactie onderling en met hun
omgeving
- heeft te maken met energie-uitwisseling
H2. Begrippen
2.1 Thermodynamica systemen
Def. systeem = wat je beschrijft, het wordt begrensd door een systeemwand die al dan niet
materieel kan zijn.
- doorheen de systeemwand zullen systeem en omgeving energetisch met elkaar
interageren, het zijn deze wisselwerkingen die de thermodynamica bepalen
Def. omgeving = alles wat buiten het systeem ligt.
- bv. gas zit in een ballon die in de lucht hangt
→ gas is het systeem en de lucht is de omgeving
Energie-uitwisselingen kunnen gebeuren op verschillende niveau’s:
1) door arbeid op systeem of omgeving
2) door warmte-uitwisseling tussen systeem en omgeving
Een open systeem:
- = als er tussen omgeving en systeem materie-uitwisseling voorkomt
- de massa is niet constant, dus het volume wordt beschreven
- bv. er zit een gat in de ballon waardoor de massa verandert
-
Een gesloten systeem:
- = als er geen massatransport mogelijk is door de systeemwand
- de massa blijft constant
-
1
,Geïsoleerd systeem:
- = een systeem dat gesloten en adiabatisch is
→ adiabatisch = als er geen warmte-uitwisseling mogelijk is tussen systeem en
omgeving
-
Een systeem:
- = vele chaotische bewegende deeltjes: moleculen, atomen of elektronen
- bevindt zich in een bepaalde toestand die beschreven wordt door
toestandsgrootheden:
→ veranderlijke van het stelsel, het hele stelsel heeft dezelfde waarde
→ grootheden laten toe om het systeem volledig en eenduidig te beschrijven (bv. de
ideale gaswet)
- bevindt zich in de evenwichtstoestand als de grootheden niet veranderen in tijd
Def. een proces = een opeenvolging van toestandsveranderingen.
Toestandsdiagrammen:
- punt 1 is een toestand bepaald door p1, V1 en T1 (punt 2 door p2,...)
-
2.2 Warmte
Def. warmte (Q) = indien een temperatuurs verschil de oorzaak is van de energieoverdracht.
- Q is positief als er warmtetoevoer is aan het systeem, temperatuurstijging van het
systeem
- Q is negatief als er warmtetoevoer is vanuit het systeem, temperatuurdaling van het
systeem
Def. arbeid (W) = inden een volumeverandering de oorzaak is van de energieoverdracht.
2
, 2.3 Verschillende vormen van warmtetransport
3 mechanismen zijn verantwoordelijk voor het transport van deze energie:
1) geleiding (of conductie)
2) convectie
3) straling
2.3.1 Geleiding
Def. geleiding = energiepakketjes worden doorgegeven van het ene deeltje naar het andere.
Microscopisch:
- moleculen verhogen hun kinetische energie door de temperatuurstijging
- zij wisselen energie uit met hun buren zodat ook de energie van deze buren
toeneemt
- op die manier is er een energieoverdracht van de ene molecule naar de andere, de
deeltjes zelf veranderen niet van plaats
Goede en slechte geleiders:
1) goede geleiders
- metalen (vrije elektronen)
→ koperen potten en pannen
2) slechte geleiders
- gassen (moleculen zitten ver uiteen)
→ spouwmuur
→ dubbel glas
→ isolatiemateriaal = verpakte lucht
2.3.2 Convectie
Def. convectie = de energierijkere deeltjes verplaatsen zich zelf in een voorkeursrichting.
- speelt geen rol bij vaste stoffen, wel bij vloeistoffen en gassen
- als de convectie ondersteund wordt met een blazer/pomp = gedwongen convectie,
als dit niet het geval is = natuurlijke convectie
Voorbeelden convectie:
- opwarmen van een vloeistof want warme vloeistof circuleert
- convectie radiator want warme lucht circuleert
3
1. Inleiding deel thermodynamica
Thermodynamica:
- = beschrijft de verandering van systemen en hun interactie onderling en met hun
omgeving
- heeft te maken met energie-uitwisseling
H2. Begrippen
2.1 Thermodynamica systemen
Def. systeem = wat je beschrijft, het wordt begrensd door een systeemwand die al dan niet
materieel kan zijn.
- doorheen de systeemwand zullen systeem en omgeving energetisch met elkaar
interageren, het zijn deze wisselwerkingen die de thermodynamica bepalen
Def. omgeving = alles wat buiten het systeem ligt.
- bv. gas zit in een ballon die in de lucht hangt
→ gas is het systeem en de lucht is de omgeving
Energie-uitwisselingen kunnen gebeuren op verschillende niveau’s:
1) door arbeid op systeem of omgeving
2) door warmte-uitwisseling tussen systeem en omgeving
Een open systeem:
- = als er tussen omgeving en systeem materie-uitwisseling voorkomt
- de massa is niet constant, dus het volume wordt beschreven
- bv. er zit een gat in de ballon waardoor de massa verandert
-
Een gesloten systeem:
- = als er geen massatransport mogelijk is door de systeemwand
- de massa blijft constant
-
1
,Geïsoleerd systeem:
- = een systeem dat gesloten en adiabatisch is
→ adiabatisch = als er geen warmte-uitwisseling mogelijk is tussen systeem en
omgeving
-
Een systeem:
- = vele chaotische bewegende deeltjes: moleculen, atomen of elektronen
- bevindt zich in een bepaalde toestand die beschreven wordt door
toestandsgrootheden:
→ veranderlijke van het stelsel, het hele stelsel heeft dezelfde waarde
→ grootheden laten toe om het systeem volledig en eenduidig te beschrijven (bv. de
ideale gaswet)
- bevindt zich in de evenwichtstoestand als de grootheden niet veranderen in tijd
Def. een proces = een opeenvolging van toestandsveranderingen.
Toestandsdiagrammen:
- punt 1 is een toestand bepaald door p1, V1 en T1 (punt 2 door p2,...)
-
2.2 Warmte
Def. warmte (Q) = indien een temperatuurs verschil de oorzaak is van de energieoverdracht.
- Q is positief als er warmtetoevoer is aan het systeem, temperatuurstijging van het
systeem
- Q is negatief als er warmtetoevoer is vanuit het systeem, temperatuurdaling van het
systeem
Def. arbeid (W) = inden een volumeverandering de oorzaak is van de energieoverdracht.
2
, 2.3 Verschillende vormen van warmtetransport
3 mechanismen zijn verantwoordelijk voor het transport van deze energie:
1) geleiding (of conductie)
2) convectie
3) straling
2.3.1 Geleiding
Def. geleiding = energiepakketjes worden doorgegeven van het ene deeltje naar het andere.
Microscopisch:
- moleculen verhogen hun kinetische energie door de temperatuurstijging
- zij wisselen energie uit met hun buren zodat ook de energie van deze buren
toeneemt
- op die manier is er een energieoverdracht van de ene molecule naar de andere, de
deeltjes zelf veranderen niet van plaats
Goede en slechte geleiders:
1) goede geleiders
- metalen (vrije elektronen)
→ koperen potten en pannen
2) slechte geleiders
- gassen (moleculen zitten ver uiteen)
→ spouwmuur
→ dubbel glas
→ isolatiemateriaal = verpakte lucht
2.3.2 Convectie
Def. convectie = de energierijkere deeltjes verplaatsen zich zelf in een voorkeursrichting.
- speelt geen rol bij vaste stoffen, wel bij vloeistoffen en gassen
- als de convectie ondersteund wordt met een blazer/pomp = gedwongen convectie,
als dit niet het geval is = natuurlijke convectie
Voorbeelden convectie:
- opwarmen van een vloeistof want warme vloeistof circuleert
- convectie radiator want warme lucht circuleert
3
