Sistem termodinamic. Stare de echilibru termodinamic. Procese termodinamice

FIȘĂ DE STUDIU PENTRU ELEV

1. DEFINIȚIE ACCESIBILĂ: Un sistem termodinamic este o porțiune din Univers aleasă de noi pentru a fi studiată (de exemplu: aerul dintr-o seringă, apa dintr-un ceainic). Tot ce se află în afara lui este mediul exterior.

2. MĂRIMI ȘI UNITĂȚI DE MĂSURĂ ÎN S.I.:

• Presiunea: $p$, unitate în S.I.: Pascal ($[\text{Pa}] = [\text{N}/\text{m}^2]$). (Uzual: $1\text{ atm} = 101325\text{ Pa}$, $1\text{ bar} = 10^5\text{ Pa}$).
• Volumul: $V$, unitate în S.I.: metru cub ($[\text{m}^3]$). ($1\text{ L} = 1\text{ dm}^3 = 10^{-3}\text{ m}^3$).
• Temperatura absolută: $T$, unitate în S.I.: Kelvin ($[\text{K}]$).

3. RELAȚII FUNDAMENTALE:

• Relația între scara Celsius și Kelvin: $$T = t + 273{,}15$$
• Ecuația termică de stare a gazului ideal (în stări de echilibru): $$p V = \nu R T = \frac{m}{\mu} R T$$ unde $R = 8{,}314\text{ J}/(\text{mol}\cdot\text{K})$ este constanta universală a gazelor.

4. EXEMPLU COTIDIAN: O oală sub presiune închisă ermetic pe aragaz reprezintă un sistem termodinamic închis (nu pierde abur/masă, dar primește căldură prin pereții diatermani metalici). Presiunea și temperatura din interior cresc uniform dacă încălzirea este lentă.

5. CONTRAEXEMPLU CLAR: Explozia unei petarde sau spargerea bruscă a unui balon NU reprezintă procese cvasistatice. În timpul exploziei apar unde de șoc, vârtejuri și diferențe masive de presiune și temperatură de la un punct la altul. În acel interval, noțiunea de «presiune a gazului din balon» nu are o valoare unică.

6. LIMITA MODELULUI: Modelul stărilor de echilibru și al proceselor cvasistatice presupune că variațiile se fac infinit de lent, lăsând sistemului timp să se relaxeze intern ($t_{\text{proces}} \gg t_{\text{relaxare}}$). În realitate, niciun proces tehnologic sau natural nu este riguros cvasistatic; modelul este o aproximare excelentă doar dacă viteza de desfășurare a procesului este mult mai mică decât viteza sunetului în mediul respectiv.