Postulatele fundamentale ale termodinamicii

Postulatele fundamentale ale termodinamicii

Ca si alte capitole ale fizicii, termodinamica este construita pe baza unei serii de principii sau postulate. Principiul general al termodinamicii da indicatii asupra evolutiei sistemelor aflate într-o stare de neechilibru spre starea finala. Enuntul acestui principiu este urmatorul: 'Un sistem termodinamic izolat evolueaza spre starea de echilibru pe care o atinge fara a o putea depasi atâta timp cât parametrii externi sunt mentinuti constanti.'

Starea de echilibru termodinamic este determinata nu numai de valorile parametrilor externi A_i ci si de un parametru intern, care caracterizeaza miscarea termica a sistemului aflat în echilibru si care trebuie sa aiba aceeasi valoare în toate punctele sistemului. Acest parametru poarta numele de temperatura si reprezinta o masura a intensitatii miscarii termice. Temperatura  a unui sistem în echilibru termodinamic este o functie de stare, iar ecuatia:

 (5.9)

reprezinta ecuatia termica de stare.

Studiul gazelor ideale, caracterizate de parametrii p (presiune), V (volum) si T (temperatura), conduce la formularea unor legi care guverneaza o serie de transformari particulare.

a. Legea Boyle – Mariotte: într-un proces în care temperatura nu se modifica în timp, produsul dintre presiune si volum este constant. Aceasta lege mai poate fi exprimata matematic si sub forma:

  (5.10)

unde f() este o functie arbitrara si monotona de temperatura si care este folosita pentru definirea scarilor de temperatura. Doua variante utilizate pentru functia f sunt:

    (5.11)

unde a, b,  si  sunt constante care depind de natura gazului.

b. Legea Gay – Lussac: într-un proces în care presiunea este constanta, iar V₁ si V₂ sunt volumele gazului corespunzatoare temperaturilor ₁ si respectiv ₂, raportul:

(5.12)

este constant pentru toate gazele si este independent de cantitatea de gaz. Folosind legea transformarii la presiune constanta se poate defini o temperatura absoluta, o temperatura care sa nu depinda de alegerea constantelor din functia f de la (5.11). Luând în calcul o functie liniara, se poate scrie:

  (5.13)

Pentru ca expresia (5.13) sa nu depinda de parametrii, este necesar ca b = 0. Temperatura astfel definita poarta numele de temperatura absoluta sau scara Kelvin. In scara Kelvin, temperatura de solidificare a apei este T₀ = 273.16 K, iar temperatura de fierbere a apei T₁₀₀ = 373.16 K. Ecuatia de stare a gazelor perfecte este în aceasta situatie:

   (5.14)

Constanta a se determina considerând cazul în care se lucreaza cu un mol de gaz:

   (5.15)

unde R este constanta gazelor perfecte si are valoarea de 8.31 J/mol.K (1.988 cal/mol.K).