2. Termodynamiska system, tillstånd, tillståndsvariabler
L3
2.1.1 Termodynamiska system
Inom termofysiken undersöker vi så kallade termodynamiska system. Termodynamiska system kan indelas i tre olika typer:
Isolerade system: Ett isolerat system har enkelt uttryckt ingen kontakt med omgivningen ­ varken materia eller energi kan röra sig mellan systemet och omvärlden. Ett helt isolerat system kan inte förekomma på riktigt. En sluten termosflaska kan sägas motsvara ett isolerat system.
Slutna system: Ett slutet system har begränsad kontakt med omgivningen. Energi kan röra sig mellan systemet och omvärlden, men inte materia. Ett värmeelement kan sägas vara ett slutet system. Det varma vattnet lämnar inte elementet, men värmestrålningen gör det.
Öppna system: Ett öppet system är i ständig kontakt med omgivningen, både materia och energi kan röra sig mellan systemet och omvärlden. Ett exempel på ett öppet system är en kaffekopp.
isolerat system
slutet system
energi
omgivning
öppet system
materia
energi
1
L3
2.1.2 Tillståndsvariabler
En storhet som anger något om tillståndet för en kropp kallas tillståndsvariabel. Inom termofysiken vill vi kunna beskriva tillståndet hos ett system, och vi använder oftast dessa tillståndsvariabler: temperatur, volym, tryck och substansmängd. Om värdet på en av dessa ändrar kommer alltid minst en annan att ändras samtidigt.
2.1.3 Termodynamisk jämvikt
Ett isolerat system strävar efter så kallad termodynamisk jämvikt, vilket innebär att det samtidigt råder
termisk jämvikt = temperaturen är lika överallt i systemet
kemisk jämvikt = kemiska reaktioner i systemet sker lika snabbt "åt båda håll", dvs. proportionen av ämnen hålls konstant
mekanisk jämvikt = alla krafter som påverkar systemet tar ut varandra Isolerade system uppnår termodynamisk jämvikt av sig själva.
Med andra ord utjämnas temperaturskillnader i isolerade system. Detta fenomen kallas termodynamikens nollte huvudsats. 2
L3
2.2 Temperatur Temperatur är en storhet känd från vardagen. Vi använder den dagligen, men vad innebär den?
Temperaturen hos ett föremål är ett mått på rörelsenenergin hos de molekyler och atomer som föremålet består av. Ju högre temperatur, desto större rörelseenergi.
Temperatur mäts med en termometer. För en närmare behandling, se sidorna 28­29.
Inom fysiken används den absoluta temperaturskalan, där temperaturen anges i kelvin (K). I vardagen används också Celsiusskalan och i vissa länder Fahrenheitskalan. För att göra omvandlingar kan man använda följande ekvationer:
TK
= Från den nedersta temperaturen till den översta:
Absoluta nollpunkten, vattnets fryspunkt, rumstemperatur, vattnets kokpunkt.
t℃ + 273,15
(11)
t℃ = 5/9(t℉ ­ 32)
3
Ex. 9
L3
Omvandla till celsiusskalan och till kelvinskalan. Läs: sid. 23­29
Lös uppg. 2­1, 2­6, 2­7, 2­8, 2­9 4
Bilagor
bunnydea.avi
