Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach

11

Druhý zákony TDDruhý zákony TD

ENTROPIA ENTROPIA

Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach

22

Druhý zákon Druhý zákon termodynamikytermodynamiky• Cieľ:Cieľ:• Pochopiť čo je zmena stavuPochopiť čo je zmena stavu• Ako sa tepelná energia mení na prácuAko sa tepelná energia mení na prácu• Pochopiť termodynamický cyklusPochopiť termodynamický cyklus• Pochopiť 2. zákon TD, Carnotov cyklus Pochopiť 2. zákon TD, Carnotov cyklus

a entropiua entropiu• Určiť teoretickú účinnosť cyklického Určiť teoretickú účinnosť cyklického

procesuprocesu

Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach

33

Parný strojParný stroj

Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach

44

Termodynamický cyklusTermodynamický cyklus

• DefDefiníciainícia: : Séria Séria termodynamickýtermodynamických pochodov, v ch pochodov, v ktorých ktorých dochádza k dochádza k účinku účinku prostredníctvom prostredníctvom redistribúcie redistribúcie energieenergie

Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach

55

Päť základných prvkov Päť základných prvkov termodynamického cyklutermodynamického cyklu• Pracovná látka: prenáša energiu v Pracovná látka: prenáša energiu v

sústavesústave

• Zdroj tepla (ohrievač)Zdroj tepla (ohrievač): : dodáva dodáva teplo pracovnej látketeplo pracovnej látke

• Chladič: odoberá teplo z Chladič: odoberá teplo z pracovnej látkypracovnej látky

• StrojStroj: : zariadenie, ktoré mení zariadenie, ktoré mení tepelnú energiu na prácutepelnú energiu na prácu

Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach

66

Tepelný strojTepelný stroj

Zdroj tepla

ChladičČerpadlo

Stroj W

Q vstup

Q výst

Pracovná látka

Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach

77

Carnotov cyklusCarnotov cyklus

Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach

88

Účinnosť Carnotovho cykluÚčinnosť Carnotovho cyklu

2

12

2

12

q

qq

q

w

T

TT

q

w

privedené

vykonaná

privedené

vykonaná

•T2 je teplota ohrievača

•T1 je teplota chladiča

•Q2 je teplo privedené z ohrievača do pracovnej látky

•Q1 je teplo odvedené z pracovnej látky do chladiča

Účinnosť nezávisí od pracovnej látky !

Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach

99

2. Zákon TD2. Zákon TD

• Nie je možné zostrojiť tepelný stroj, Nie je možné zostrojiť tepelný stroj, ktorý by nekonal nič iné iba menil ktorý by nekonal nič iné iba menil teplo na ekvivalentnú prácu teplo na ekvivalentnú prácu (Clausius)(Clausius)

Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach

1010

Ideálny tepelný stroj pracujúci v Carotovom cykle prijíma teplo q2 zo zásobníka tepla pri teplote T2 a odovzdáva do chladiča teplo q1 pri teplote T1

ENTROPIA

Ak prijmene konvenciu, že odovzdané teplo je záporné a prijímané teplo má kladné znamienko, potom:

1

1

2

2T

q

T

q

01

1

2

2 T

q

T

q

+ -

Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach

1111

Cyklický procesCyklický proces

0T

q

Každý reverzibilný cyklus sa dá rozložiť na mnoho Carnotových cyklov,preto:

Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach

1212

Cyklický procesCyklický proces

0Tq

0dS

Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach

1313

EntropiaEntropia

• Definujeme novú Definujeme novú termodynamickú termodynamickú funkciufunkciu

T

dqdS

Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach

1414

ENTROPIAENTROPIA

• Vlastnosti:Vlastnosti:– JednotkyJednotky J/K J/K– Mólová entropia J/K.molMólová entropia J/K.mol– Je termodynamická funkcia, nezávisí od Je termodynamická funkcia, nezávisí od

cesty uskutočnenia premenycesty uskutočnenia premeny

Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach

1515

EntropEntropiaia

• V izolovaných V izolovaných sústavách rastie sústavách rastie etropiaetropia

• Entropia je mierou Entropia je mierou neusporiadanianeusporiadania

• Izolované sústavy Izolované sústavy (vesmír) sa vyvíjajú (vesmír) sa vyvíjajú v smere rastúceho v smere rastúceho neusporiadanianeusporiadania

TdS

q

Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach

1616

ENTROPIA – TERMODYNAMICKÁ FUNKCIA

Entropia, S, je termodynamická funkcia, ktorá je mierou náhodilosti alebo neusporiadania v sústave.

Obsah ruksaku

Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach

1717

Zmena entropie pri ohreve 1 Zmena entropie pri ohreve 1 molu látky pri konštantnom molu látky pri konštantnom tlaku; tlaku; Cp= konšt.Cp= konšt.

dTT

CdS

p

1

2

p12 lnT

TCSS

Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach

1818

Zmena entropie pri Zmena entropie pri izotermickej expanzii plynovizotermickej expanzii plynov

1 mol ideálneho plynu sa nechá expandovať pri konštantnej teplote z objemu V1 na objem V2. Aká je zmena entropie pri tejto ireverzibilnej expanzii?

2

1

V

V T

qS

2

1

V

V T

pdV 2

1

V

VdV

V

R1

2lnV

VR

Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach

1919

Zmena entropie pri Zmena entropie pri izochorickom ohreve 1 molu izochorickom ohreve 1 molu látkylátky

1

2

v12 lnT

TCSS

Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach

2020

Reverzibilný adiabatický proces

revT

qSS

2

112

0qTakže… S=0

Reverzibilný adiabatický proces je izoentropický!!

Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach

2121

Uvažujme o vesmíreUvažujme o vesmíre

• Vesmír možno pokladať za izolovanú Vesmír možno pokladať za izolovanú sústavusústavu

0 okoliasústavyvesmíru SSS

Or…

0 okoliasústavycelk SSS

Toto je ďalšie matematické vyjadrenie druhého zákona termodynamiky

Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach

2222

Vývoj sústav (procesy)Vývoj sústav (procesy)

• ProcesProcesy smerujú iba v jednom určitom smere a y smerujú iba v jednom určitom smere a sústavy sa vyvíjajú iba v smere rastúcej entropiesústavy sa vyvíjajú iba v smere rastúcej entropie

• EntropEntropia sa nezachováva. Nejestvuje zákon ia sa nezachováva. Nejestvuje zákon zachovania entropie. Entropia vesmíru neustále zachovania entropie. Entropia vesmíru neustále plynule rastieplynule rastie

• Chod strojov sa zhoršuje následkom nevratných Chod strojov sa zhoršuje následkom nevratných dejov a rast entropie je mierou nevratných dejov, dejov a rast entropie je mierou nevratných dejov, ktoré v takýchto zariadeniach prebiehajúktoré v takýchto zariadeniach prebiehajú

0celkS

Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach

2323

(∆Ssúst.+ ∆Sokolia) > 0 pri samovoľnom (spontánnom ) procese

Živé organizmy: ∆S<0

Životné prostredie: Δ S>>0

Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach

2424

TTSS diagram diagramT

eplo

ta

Entropia

Izotermický Process

q

1 2

Tep

lota

Entropia

Izoentropický Process

1

2

q=0

Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach

2525

T-T-SS ddiagram Carnotiagram Carnotovhoovho ccyykklluu

Tep

lota

1

Izoentropická kompresia

QinW=qprivedené-qodvedené

qodved

ené

2Izotermická expanzia

3

Izoentropická expanzia

Izotermická kompresia

4

Entropia

Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach

2626

OTÁZKY ???OTÁZKY ???

Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach

2727

P=1M, R=1M (standard condition)

∆Go = - RT ln Keq = - 2.303 RT log Keq

∆Go is the standard free energy change

² G = RT ln - RT lnKeq

P

R

Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach

2828

Fyzikálna chémia,1.ročník, HF TeFyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach chnická univerzita v Košiciach

2929

At the standard temperature of 298oK (25oC):

² Go = -1.36 log Keq

(1) Keq >1, then ∆Go < 0

(2) Keq< 1, then ∆Go > 0

(3) Keq= 1, then ∆Go = 0