Termodünaamika

TERMODÜNAAMIKA

Termodünaamika on teadusharu, mis uurib soojusnähtusi, arvestamata kehade siseehitust

Tähtsamad mõisted :

• 
  Termodünaamiline süsteem- keha või ainekogus, millega toimuvaid protsesse uuritakse.
• Termodünaamilised põhiparameetrid on rõhk, ruumala ja temperatuur.
• Soojusülekanna on energia kandumine ühelt kehalt teisele ja seda alati soojemalt kehalt külmemale. 
• Soojushulk- füüsikaline suurus, mis mõõdab soojusülekandel ühelt kehalt teisele kandunud energiat.

Soojusülekande liigid on:

• soojusjuhtivus
• konvektsioon
• soojuskiirgus

Igapäevased soojusnähtused on

• soojenemine-jahenemine
• sulamine-tahkumine
• aurustumine-kondenseerumine

Soojus levib soojendilt jahutile ja süsteem teeb selle käigus tööd.

Termodünaamika 1 seadus
Termodünaamika 2 seadus
Termodünaamika 3 seadus

IDEAALNE GAAS

Ideaane gaas on reaalse gaasi lihtsaim mudel, kus oletatakse, et molekulid on lõpmata väikeste elastsete kerakeste omadused ja molekulide liikumine on kulgliikumine. Ideaalset gaasi saab lõpmatult kokku suruda ning molekulide vastasmõju seisneb ainult nende omavahelistes elastsetes põrgetes. Ideaalset gaasi pole võimalik veeldada.

Erinevused reaalse gaasiga 

Reaalsel gaasil on lõhna levimis kiirus mõnikümmend cm/s

Molekulide vahel on vastastikmõju

Lõhna levimis kiirus mõnikümmend cm/s Molekulide vahel on vastastikmõjud Suure tihedusega reaalset gaasi on raske kokkusuruda Reaalse gaasi kirjeldamisel võib ideaalse gaasi oleku võrrand anda ebatäpse kirjelduse või isegi täiseti kasutuks muutuda Gaasi kirjeldamisel tuleb arvestada molekulide ruumala ja molekuldevahelist vastastikmõju Reaalset gaasi on võimalik veeldada.

Isoprotsessid

• Isoprotsess on protsess mille käigus üks olekuparameetritest ei muutu
• Isoprotsesse on 3: 
  isobaarne,
  isohoorne,
  isotermne.
• Isobaarne-muutumatuks on rõhk
  -temperatuuri tõstmisel, suureneb ka gaasi ruumala. Ehk tegemist on võrdelise seosega.
  -selline protsess on näiteks gaasi kuumutamine liikuva kolviga anumas, kui kolvil on raskus
  -valem V/T
  
• Isohoorne-muutumatuks on ruumala
  -gaasi rõhu suurenemisel, tõuseb temperatuur. Võrdeline seos
  -Selline protsess on gaasi kuumutamisel kinnises balloonis
  -valem p/T
  
  
  
• Isotermne-muutumatuks on temperatuur
  -vähendades gaasi ruumala, suureneb gaasi rõhk sama arv korda. Tegemist pöördvõrdelise seosega
  -selline protsess väikeste õhumullide ruumala sõltuvus rõhust vee all
  -valem pV
  
  
  KÜLMKAPP
  
   Kogu külmutamine toimub külmkapis teatud gaasi ringiajamise abil. Kõigepealt satub vaadeldav gaas kompressorisse, kus see vedelikuks muudetakse. Selle tulemusena tõuseb nii gaasi rõhk kui ka temperatuur. Edasi liigub gaas torudesse, mis paiknevad väljaspool külmkappi, harilikult kapi tagaküljel. Neis torudes liikudes annab gaas ära osa soojusest ja kondenseerub vedelikuks. Edasi liigub see nüüd-juba-vedelik spetsiaalsesse ventiili, mille abil lastakse suure rõhu all oleval vedelikul voolata madala rõhuga piirkonda. Selle tulemusena toimub paisumistöö, suure rõhu all olev vedelik aurustub ja jahtub. See jahe gaas juhitaksegi külmiku sisse ja see, mis külmikus toimub, ongi lihtsalt temperatuuride ühtlustumine. Edasi liigub gaas jälle kompressorisse ja kõik hakkab otsast peale.
  
  
  SOOJUSPUMP
  
  
  

  Õhusoojuspumba tööpõhimõtte aluseks on termodünaamika II seadus, mis määrab ära iseeneslike protsesside suuna ning ütleb, et soojus ei saa minna iseenesest külmemalt kehalt soojemale

  
  

  
  

  Küll aga saab soojust pumbata. Lihtsustatult on seadme tööpõhimõte selles, et välisosas asuv kompressor surub gaasilise külmaaine kokku, mille tagajärjel see kuumeneb ja soe külmaaine suunatakse seadme siseosasse, kus ta omakorda loovutab soojuse ruumidesse. Antud protsessis ei toimu sooja tootmist, vaid välisõhust võetakse soojus ära ja pumbatakse kompressori abil tuppa.
  
  Soojuspumbaga jahutamisel keeratakse protsess tagurpidi, ning soojus viiakse välja ja kosutav jahedus tuuakse tuppa. Võrdluseks võib tuua veepumba tööpõhimõtte. Kui vesi kõrgemalt madalamale voolab ise, siis alt ülesse on vaja vett pumbata. Sellisel juhul on pump lihtsalt transpordivahend. 

  
  
  
  ENTROOPIA
  
  Entroopiast on mõtet rääkida siis, kui süsteem on statistiline, st tema koosseisu kuuluvate osakeste arv on piisavalt suur nii et saab eristada makro- ja mikroolekuid. Kui süsteemis on vaid üks osake, siis süsteemi makro- ja mikroolek langevad kokku, entroopia null. 
  
  Termodünaamika II seadus -- isoleeritud süsteemi entroopia ei kahane -- on tegelikult tõenäosuslik seaduspära. Iga osake süsteemis liigub oma dünaamika seaduste järgi, selle tulemusena süsteem tervikuna nihkub kõige tõenäolisema oleku suunas. Teoreetiliselt on võimalik, et isoleeritud süsteemi entroopia võib kahaneda, kuid mida suurem süsteem, seda väiksem vastava kõrvalekalde tõenäosus. 
  
  
  Kristallis on aatomite liikumine piiratud, seega süsteemi võimalike mikroolekute arv on väiksem kui gaasilisel juhul. Nii on jääkristalli entroopia väiksem kui vee entroopia, ning vee entroopia on väiksem veeauru entroopia. 
  
  
  ELUSOLEND KUI SOOJUSMASIN
  
  Mida intensiivsemalt inimene liigub, seda rohkem ta energiat kulutab, kuid igapäevane kalorikulu sõltub paljuski igaühe põhiainevahetusest, mida omakorda mõjutavad pikkus, kaal, sugu, vanud, rasvaprotsent, töö. Füüsikalises mõttes on üks kalor kindel energiahulk sõltumata sellest, kas see vabaneb valkuda, rasvade, süsivesikute või alkoholi osüdatsioonil. Soojusmasin on seade, mis muudab soojusenergia mehaaniliseks tööks. Inimese puhul on kütuseks toit. Füüsika seisukohalt võib kõiki elusolendeid soojusmasinateks pidada. Ka bioloogiline soojusmasin eraldab väliskeskkonda soojust. Bioloogilised olendid ei kasuta töö tegemisel gaasi paisumist vaid lihasvalkude potensiaalset energiat.