I.2. Echilibrul termodinamic și procese termodinamice.

Orice fenomen fizic datorat mișcării complet dezordonate a particulelor este un fenomen termic.

Termodinamica studiază fenomenele termice utilizând mărimi care pot fi măsurate experimental sau care pot fi calculate cu ajutorul unor mărimi ce pot fi direct determinate (masă, volum, presiune, temperatură etc.).

Sistemul termodinamic poate fi un corp macroscopic sau un ansamblu bine precizat de corpuri macroscopice, care poate interacționa cu mediul exterior schimbând substanță și energie.

Starea unui sistem termodinamic, la un anumit moment, este caracterizat de anumite mărimi fizice numite parametrii de stare.

Starea de echilibru termodinamic este starea în care toți parametrii de stare nu se mai modifică.

Principiul echilibrului termodinamic:

Un sistem termodinamic izolat evoluează spontan spre o stare de echilibru termodinamic pe care nu o mai părăsește de la sine.

Starea de echilibru termodinamic a unui sistem poate fi modificată prin contact :

• mecanic cu mediul exterior

• termic cu un alt mediu (când două corpuri cu temperaturi diferite se ating) sau cu mediul exterior

• schimb de substanță cu mediul exterior sau alt mediu

🔦 Observație

Starea unui sistem închis aflat într-un înveliș adiabatic (care nu permite contactul termic cu exteriorul) nu se poate modifica decât prin contact mecanic (modificarea volumului).

Procesul termodinamic (transformarea de stare) reprezintă trecerea sistemului dintr-o stare în alta.

Transformarea cvasistatică are loc când stările intermediare prin care trece sistemul sunt stări de echilibru termic, atunci când parametrii de stare variază foarte lent.

🔦 Observație

Când comprimăm un gaz într-un cilindru cu piston avem un proces cvasistatic atunci când apăsăm foarte încet asupra pistonului, astfel încât presiunea exercitată asupra pistonului (p_e) să fie aproximativ egală cu presiunea gazului închis în cilindru (p_i).

Procesul reversibil este transformarea cvasistatică care poate avea loc în ambele sensuri, prin aceleași stări intermediare.

🔦 Observație

Dacă după comprimarea gazului în cilindru cu piston presiunea exterioară asupra pistonului scade lent de la p_2e la p_1e, gazul se va dilata cvasistatic.

Toate procesele din natură sunt ireversibile, adică se desfășoară într-un anumit sens și nu se pot desfășura fără intervenție din afară în sens opus.

Termodinamica folosește modelul gazului ideal.

🔦 Observație

Gazul real are molecule cu volum propriu și între moleculele lui se exercită forțe intermoleculare.

Ecuația de stare (numită Clapeyron - Mendeleev) descrie dependența dintre parametrii de stare ai unui sistem termodinamic:

p ∙ V = ν ∙ R ∙ T

p = presiunea gazului ideal

V = volumul gazului ideal

ν = numărul de moli ai gazului ideal

R = constanta universală a gazelor = 8,3143 ∙ 10³ J/kmol ∙ K

T = temperatura gazului ideal