Fyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach Druhý zákony TD ENTROPIA Fyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach

Druhý zákon termodynamiky Cieľ: Pochopiť čo je zmena stavu Ako sa tepelná energia mení na prácu Pochopiť termodynamický cyklus Pochopiť 2. zákon TD, Carnotov cyklus a entropiu Určiť teoretickú účinnosť cyklického procesu Fyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach

Fyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach Parný stroj Fyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach

Termodynamický cyklus Definícia: Séria termodynamických pochodov, v ktorých dochádza k účinku prostredníctvom redistribúcie energie Fyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach

Päť základných prvkov termodynamického cyklu Pracovná látka: prenáša energiu v sústave Zdroj tepla (ohrievač): dodáva teplo pracovnej látke Chladič: odoberá teplo z pracovnej látky Stroj: zariadenie, ktoré mení tepelnú energiu na prácu Fyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach

Fyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach Tepelný stroj Zdroj tepla Chladič Čerpadlo Stroj W Q vstup Q výst Pracovná látka Fyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach

Fyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach Carnotov cyklus Fyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach

Účinnosť Carnotovho cyklu Účinnosť nezávisí od pracovnej látky ! 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 Fyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach

Fyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach 2. Zákon TD Nie je možné zostrojiť tepelný stroj, ktorý by nekonal nič iné iba menil teplo na ekvivalentnú prácu (Clausius) Fyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach

Fyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach ENTROPIA 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 + - Ak prijmene konvenciu, že odovzdané teplo je záporné a prijímané teplo má kladné znamienko, potom: Fyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach

Fyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach Cyklický proces Každý reverzibilný cyklus sa dá rozložiť na mnoho Carnotových cyklov,preto: Fyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach

Fyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach Cyklický proces Fyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach

Fyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach Entropia Definujeme novú termodynamickú funkciu Fyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach

Fyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach ENTROPIA Vlastnosti: Jednotky J/K Mólová entropia J/K.mol Je termodynamická funkcia, nezávisí od cesty uskutočnenia premeny Fyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach

Fyzikálna chémia,1.ročník HF, Technická univerziza v Košiciach Entropia V izolovaných sústavách rastie etropia Entropia je mierou neusporiadania Izolované sústavy (vesmír) sa vyvíjajú v smere rastúceho neusporiadania The second law of thermodynamics can also be stated in terms of a quantity called entropy, which actually measures something familiar to us, namely disorder. The change in entropy of a system is equal to the heat flowing into our out of the system as the system changes from one state (A) to another (B), divided by the absolute temperature. Entropy change delta-S is defined to be delta-Q-r (the change in thermal energy for a thermodynamically reversible path), over T. One of the primary findings of studies of entropy is that systems tend toward disorder and that entropy is a measure of this disorder. The entropy of the Universe increases in all natural processes; this is an alternative statement of the second law. The second law of thermodynamics predicts an inevitable dark doom for the universe in a “heat death”, long after the last stars die and all processes lead to disorder, with no energy available for life. Fyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach

Fyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach ENTROPIA – TERMODYNAMICKÁ FUNKCIA Entropia, S, je termodynamická funkcia, ktorá je mierou náhodilosti alebo neusporiadania v sústave. Obsah ruksaku Fyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach

Fyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach Zmena entropie pri ohreve 1 molu látky pri konštantnom tlaku; Cp= konšt. Fyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach

Zmena entropie pri izotermickej 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? Fyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach

Zmena entropie pri izochorickom ohreve 1 molu látky Fyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach

Fyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach Reverzibilný adiabatický proces Takže… DS=0 Reverzibilný adiabatický proces je izoentropický!! Fyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach

Fyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach Uvažujme o vesmíre Vesmír možno pokladať za izolovanú sústavu Or… Toto je ďalšie matematické vyjadrenie druhého zákona termodynamiky Fyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach

Vývoj sústav (procesy) Procesy smerujú iba v jednom určitom smere a sústavy sa vyvíjajú iba v smere rastúcej entropie Entropia sa nezachováva. Nejestvuje zákon zachovania entropie. Entropia vesmíru neustále plynule rastie Chod strojov sa zhoršuje následkom nevratných dejov a rast entropie je mierou nevratných dejov, ktoré v takýchto zariadeniach prebiehajú Fyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach

Fyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach (∆Ssúst.+ ∆Sokolia) > 0 pri samovoľnom (spontánnom ) procese Živé organizmy: ∆S<0 Životné prostredie: Δ S>>0 Fyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach

Fyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach TS diagram Izoentropický Process Izotermický Process Teplota Entropia Teplota Entropia 1 2 1 2 q q=0 Fyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach

T-S diagram Carnotovho cyklu Fyzikálna chémia,1.ročník HF, Technická univerziza v Košiciach T-S diagram Carnotovho cyklu 2 Izotermická expanzia 1 Izoentropická kompresia W=qprivedené-qodvedené Qin 3 Izoentropická expanzia Teplota The area inside the box is both the net heat transferred, and the net work Q-W=0 Izotermická kompresia 4 qodvedené Fyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach Entropia

Fyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach OTÁZKY ??? Fyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach

Fyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach P=1M, R=1M (standard condition) ∆Go = - RT ln Keq = - 2.303 RT log Keq ∆Go is the standard free energy change Fyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach

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

Fyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach Keq >1, then ∆Go < 0 Keq< 1, then ∆Go > 0 (3) Keq= 1, then ∆Go = 0 Fyzikálna chémia,1.ročník, HF Technická univerzita v Košiciach