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

2. 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

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

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

5. 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

6. 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

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

8. 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

9. 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

10. 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

11. 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

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

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

14. 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

15. 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

16. 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

17. 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

18. 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

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

20. 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

21. 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

22. 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

23. 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

24. 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

25. 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

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

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

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

29. 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