Περιγραφή θέματος

  • Γενικά

    Θερμοδυναμική

    Διδάσκων : Γ. Φλούδας

    Περιγραφή μαθήματος: Γενικά, μακροσκοπική/μικροσκοπική θεώρηση, ορισμός και μέτρηση της θερμοκρασίας, θερμοκρασία ιδανικού αερίου, καταστατικές συναρτήσεις, τέλεια διαφορικά, θερμοδυναμική ισορροπία, Έργο σε υδροστατικά και μη υδροστατικά συστήματα, αντιστρεπτές και μη αντιστρεπτές μεταβολές, 1ος θερμοδυναμικός νόμος, θερμοχωρητικότητες CP, CV, εξίσωση αδιαβατικής μεταβολής, εφαρμογές 1ου νόμου (ταχύτητα διαμήκους κύματος, ελεύθερη εκτόνωση), Καταστατική εξίσωση πραγματικού αερίου, εξίσωση Virial, απόκλιση από την ιδανική συμπεριφορά, συντελεστής απόκλισης Z, Μετατροπές θερμότητας-έργου, 2ος θερμοδυναμικός νόμος, θερμικές μηχανές, διατύπωση Kelvin-Planck, διατύπωση Clausius, ισοδυναμία διατυπώσεων, Κύκλος Carnot, εισαγωγή απόλυτης θερμοκρασίας, θεώρημα Clausius, εντροπία, διατύπωση του Καραθεοδωρή,  ανισότητα Clausius, εντροπική αρχή, Υπολογισμός μεταβολών εντροπίας, Εντροπία και αταξία, απόλυτο μηδέν, αρνητικές θερμοκρασίες, 3ος θερμοδυναμικός νόμος, Θερμοδυναμικά δυναμικά, μέγιστο ωφέλιμο έργο, θεμελιώδης εξίσωση της θερμοδυναμικής, εξισώσεις Maxwell, εξισώσεις TdS, εξισώσεις θερμοχωρητικοτήτων, Ψύξη αερίων, εκτόνωση Joule-Thomson (ενθαλπία), Ισορροπία φάσεων, συνθήκη ισορροπίας, εξίσωση Clausius-Clapeyron, Ποιοτικά και ποσοτικά διαγράμματα P-V και P-T, κρίσιμο σημείο, διαγράμματα g-T, g-P, Χημικό δυναμικό, Διάδοση θερμότητας

    Μαθησιακοί στόχοι μαθήματος:

    Κατανόηση εννοιών στις παρακάτω περιοχές:

    • Θερμοκρασία/Θερμότητα, θερμική και θερμοδυναμική ισορροπία, Αντιστρεπτές και μη μεταβολές, Ιδανικό και πραγματικό αέριο (καταστατικές συναρτήσεις), θερμική διαστολή – συμπιεστότητα, P-V διάγραμμα καθαρής ουσίας – κρίσιμο σημείο, Υπολογισμός έργου σε υδροστατικά και μη συστήματα
    • 1ος Θ. ν. και εφαρμογές
    • 2ος Θ.ν. και οι διαφορετικές διατυπώσεις του, θερμικές μηχανές και διαφορές από τον κύκλο Carnot,έννοιες ενθαλπίας και εντροπίας και υπολογισμός των μεταβολών τους
    • 3ος Θ.ν.
    • Οι 4 θεμελιώδεις καταστατικές συναρτήσεις και η σημασία τους, συνθήκη αυθόρμητων μεταβολών – κατεύθυνση διεργασιών, τρόποι ψύξης αερίων, μετατροπές φάσεων – επίδραση της πίεσης (εξίσωση Clausius-Clapeyron) – κρίσιμα φαινόμενα, κατασκευή διαγραμμάτων ισορροπίας φάσεων κοντά στο τριπλό σημείο

    Λέξεις κλειδιά : Θερμοκρασία, θερμότητα, θερμική και θερμοδυναμική ισορροπία, αντιστρεπτές και μη μεταβολές, ιδανικό και πραγματικό αέριο, θερμική διαστολή, συμπιεστότητα, P-V διάγραμμα καθαρής ουσίας – κρίσιμο σημείο, έργο σε υδροστατικά και μη συστήματα, θερμοδυναμικοί νόμοι και εφαρμογές, θερμικές μηχανές, κύκλος Carnot, ενθαλπία, εντροπία, θεμελιώδεις καταστατικές συναρτήσεις, συνθήκη αυθόρμητων μεταβολών – κατεύθυνση διεργασιών, τρόποι ψύξης αερίων, μετατροπές φάσεων – επίδραση της πίεσης, εξίσωση Clausius-Clapeyron, κρίσιμα φαινόμενα, διαγραμμάτα ισορροπίας φάσεων

    • 1 - Εισαγωγή

      Περιγραφή θεματικής ενότητας : ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ

      Λέξεις κλειδιά : Περιγραφή Συστήματος (μακροσκοπική,  μικροσκοπική) – Μηδενικός Θ.ν. – Θερμιδομετρία – Θερμόμετρο Αερίου Σταθερού Όγκου

    • 2 - ΚΙΝΗΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΙΔΑΝΙΚΩΝ ΑΕΡΙΩΝ

      Περιγραφή θεματικής ενότητας : Ιδανικό Αέριο, Ν. Boyle, Gay-Lussac, Charles, υπόθεση Avogadro, κίνηση Brown, πίεση και θερμοκρασία ιδανικού αερίου – κατανομή μοριακών ταχυτήτων Maxwell-Boltzmann

      Λέξεις κλειδιά : Ιδανικό αέριο (παραδοχές), Ν. Boyle, κίνηση Brown, πίεση και θερμοκρασία ιδανικού αερίου, κατανομή μοριακών ταχυτήτων Maxwell-Boltzmann

    • 3 - Απόκλιση από την Ιδανική Συμπεριφορά – Θερμοδυναμική ισορροπία – Καταστατικές εξισώσεις

      Περιγραφή θεματικής ενότητας: Απόκλιση από την ιδανικότητα, Μοριακές αλληλεπιδράσεις, Δυναμικό Lennard-Jones, θερμοδυναμική ισορροπία, καταστατικές εξισώσεις (ιδανικό αέριο, αέριο van der Waals, εξισώσεις Virial)

      Λέξεις κλειδιά: Απόκλιση από την Ιδανική Συμπεριφορά, Θερμοδυναμική ισορροπία, Καταστατικές εξισώσεις van der Waals, Virial

    • 4 - P-V διάγραμμα, Εξίσωση van der Waals

      Περιγραφή θεματικής ενότητας : P-V διάγραμμα καθαρών ουσιών – Εξίσωση van den Waals – Κρίσιμο Σημείο – Σύγκριση διαφορετικών Αερίων (ανηγμένες μεταβλητές) – Αρχή των αντιστοίχων Καταστάσεων

      Λέξεις κλειδιά : P-V διαγράμματα, van der Waals, ανηγμένες μεταβλητές, κρίσιμες καταστάσεις

    • 5 - Περιγραφή Υδροστατικού και μη συστήματος σε Θερμοδυναμική Ισορροπία

      Περιγραφή θεματικής ενότητας : Υδροστατικό σύστημα, καταστατικές συναρτήσεις, συντελεστής θερμικής διαστολής, συντελεστής ισόθερμης συμπιεστότητας, Μή υδροστατικα συστήματα (σύρμα υπό τάση, επιφάνειες, διηλεκτρικά, παραμαγνητική ράβδος)

      Λέξεις κλειδιά: καταστατική συνάρτηση, συντελεστές θερμικής διαστολής και ισόθερμης συμπιεστότητας, μή υδροστατικα συστήματα

    • 6 - Θερμική διαστολή (εφαρμογές)- Επιφανειακή τάση

      Περιγραφή θεματικής ενότητας: Θερμική διαστολή και οι εφαρμογές της, Επιφανειακή τάση, γωνία επαφής και συνεπαφής, τριχοειδή φαινόμενα, εξάρτηση απο τη θερμοκρασία, φυσική των φυσαλίδων

      Λέξεις κλειδιά : θερμική διαστολή (εφαρμογές), επιφανειακή τάση, τριχοειδή φαινόμενα

    • 7- Έργο, Αντιστρεπτές μεταβολές

      Περιγραφή θεματικής ενότητας: Ημι-στατικές ματαβολές, αντιστρεπτές μεταβολές, παραδείγματα υπολογισμού του έργου (αντιστρεπτή ισόθερμη εκτόνωση ιδνικού αερίου, αντιστρεπτή αύξηση της πίεσης σε στερεό, αντιστρεπτή αύξηση της τάσης σε σύρμα, αντιστρεπτή αύξηση του εμβαδού επιφάνειας), Εντατικές και εκτατικές συντεταγμένες

      Λέξεις κλειδιά: έργο σε αντιστρεπτές μεταβολές, έργο σε υδροστατικά και μη συστήματα, εντατικές και εκτατικές συντεταγμένες

    • 8 - 1ος Θ.ν. – Εσωτερική Ενέργεια – Θερμοχωρητικότητα – Ελεύθερη Εκτόνωση ιδανικού και πραγματικού αερίου

      Περιγραφή θεματικής ενότητας: Ποσό θερμότητας, Αδιαβατικό έργο, Εσωτερική ενέργεια, 1ος Θερμοδυναμιός νόμος σε υδροστατικά και μη συστήματα, θερμοχωρητικότητα, μηχανικό ισοδύναμο της θερμότητας (Joule), ελεύθερη εκτόνωση Joule.

      Λέξεις κλειδιά: Αδιαβατικό έργο, Εσωτερική ενέργεια, 1ος Θερμοδυναμιός, θερμοχωρητικότητα, ελεύθερη εκτόνωση Joule.

    • 9 - Θερμοχωρητικότητες Ιδανικού Αερίου – Αδιαβατική Μεταβολή Ιδανικού Αερίου – Κυκλικές μεταβολές

      Περιγραφή θεματικής ενότητας: Υπολογισμός θερμοχωρητικοτήτων ιδανικού αερίου CV, CP, μέτρηση της θερμοχωρητικότητας, αντιστρεπτή αδιαβατική μεταβολή, κλίση αδιαβατικών και ισόθερμών μεταβολών στο διάγραμμα P-V

      Λέξεις κλειδιά: θερμοχωρητικοτήτες ιδανικού αερίου CV, CP, αντιστρεπτή αδιαβατική μεταβολή

    • 10 - Μέτρηση του λόγου γ (Cp/Cv) – Ταχύτητα διαμήκους κύματος – Διάδοση Θερμότητας

      Περιγραφή θεματικής ενότητας: Πειραματική μέτρηση του λόγου των θερμοχωρητικοτήτων γ, Ταχύτητα διαμήκους κύματος, κατανομή μοριακών ταχυτήτων Maxwell-Boltzmann, Διάδοση θερμότητας (αγωγή, μεταφορά, ακτινοβολία- μελανό σώμα)

      Λέξεις κλειδιά: Συσκευή μέτρησης του λόγου των θερμοχωρητικοτήτων, ταχύτητα διαμήκους κύματος, διάδοση θερμότητας

    • 11 - Διάδοση του ήχου – Διάδοση κυμάτων στα στερεά

      Περιγραφή θεματικής ενότητας: Διάδοση του ήχου (φωνονικοί κρύσταλλοι,ακουστικοί κρύσταλλοι), διάδοση κυμάτων στα στερεά (διαμήκη και εγκάρσια κύματα), σεισμικά κύματα

      Λέξεις κλειδιά: διάδοση του ήχου, διάδοση κυμάτων

      • 12 - Αδιαβατικές μεταβολές στην ατμόσφαιρα - Ασκήσεις Αδιαβατικών μεταβολών (2ο φυλλάδιο)

        Περιγραφή θεματικής ενότητας: Αδιαβατικές μεταβολές στην ατμόσφαιρα, μεταβολή της θερμοκρασίας με την απόσταση απο την επιφάνεια της Γής

        Λέξεις κλειδιά: Αδιαβατικές μεταβολές

      • 13 - 2ος Θ.ν. – Θερμικές Μηχανές

        Περιγραφή θεματικής ενότητας: 2ος θερμοδυναμικός νόμος, θερμικές μηχανές, πρόταση Kelvin-Planck, πρόταση Clausius, θερμικές μηχανές εσωτερικής καύσης (Diesel, Otto), θερμικές μηχανές εξωτερικής καύσης (Watt/Rankine, Stirling)

        Λέξεις κλειδιά: 2ος θερμοδυναμικός νόμος, θερμικές μηχανές, κύκλος βενζίνης, κύκλος diesel

      • 14 - Κύκλος Carnot – Θεώρημα Carnot – Παραδείγματα – Απόλυτη Θερμοδυναμική Κλίμακα Θερμοκρασίας – Απόλυτο Μηδέν

        Περιγραφή θεματικής ενότητας: Ιδανική μηχανή μέγιστης απόδοσης, κύκλος Carnot – Θεώρημα Carnot – Παραδείγματα – Απόλυτη Θερμοδυναμική Κλίμακα Θερμοκρασίας – Απόλυτο Μηδέν

        Λέξεις κλειδιά: Κύκλος Carnot – Θεώρημα Carnot – Παραδείγματα – Απόλυτη Θερμοδυναμική Κλίμακα Θερμοκρασίας – Απόλυτο Μηδέν

      • 15 - Αντιστρεπτότητα και ο 2ος Θ.ν.

        Περιγραφή θεματικής ενότητας: Αντιστρεπτές μεταβολές και ο 2ος θερμοδυναμικός νόμος, εντροπίας και οι μεταβολές της, T-S διάγραμμα, απόδοση  κύκλου Carnot, Εντροπία ιδανικού αερίου

        Λέξεις κλειδιά: 2ος θερμοδυναμικός νόμος, μεταβολές εντροπίας, T-S διάγραμμα, Εντροπία ιδανικού αερίου

      • 16 - Μη Αντιστρεπτότητα και ο 2ος Θ.ν.

        Περιγραφή θεματικής ενότητας: ανισότητα Clausius, 2ος θερμοδυναμικός νόμος για μη αντιτρεπτές μεταβολές, υπολογισμός μεταβολών εντροπίας για μη αντιστρεπτές μεταβολές (θερμικές, χημικές, κ.α.)

        Λέξεις κλειδιά: ανισότητα Clausius, μη αντιστρεπτότητα και ο 2ος θερμοδυναμικός νόμος,  ΔS.

      • 17 - Εντροπία-Αταξία-Πιθανότητα-Αρνητικές Θερμοκρασίες, 3ος Θ. ν.

        Περιγραφή θεματικής ενότητας: σχέση εντροπίας και αταξίας, σχέση εντροπίας και πιθανότητας, ύπαρξη αρνητικών θερμοκρασιών, απόλυτο μηδέν, πρόταση Nernst, πρόταση Planck, 3ος θερμοδυναμικός νόμος

        Λέξεις κλειδιά: εντροπία και αταξία, εντροπία και πιθανότητας, ύπαρξη αρνητικών θερμοκρασιών, απόλυτο μηδέν, 3ος θερμοδυναμικός νόμος

        • 18 - Τα 4 Θερμοδυναμικά Δυναμικά και η σημασία τους

          Περιγραφή θεματικής ενότητας: Μητασχηματισμός Legendre, ενθαλπία, συνάρτηση Helmholtz, συνάρτηση Gibbs, εξισώσεις Maxwell, πείραμα ελεγχόμενης εκτόνωσης Joule-Thomson, Εξισώσεις TdS

          Λέξεις κλειδιά: ενθαλπία, συνάρτηση Helmholtz, συνάρτηση Gibbs, εξισώσεις Maxwell, πείραμα ελεγχόμενης εκτόνωσης Joule-Thomson, Εξισώσεις TdS

        • 19 - Κατεύθυνση Αυθόρμητων Μεταβολών

          Περιγραφή θεματικής ενότητας: Κατεύθυνση αυθόρμητων μεταβολών και παραδέιγματα

          Λέξεις κλειδιά: Κατεύθυνση αυθόρμητων μεταβολών

        • 20 - Τρόποι Ψύξης αερίων (εκτόνωση Joule-Thomson)

          Περιγραφή θεματικής ενότητας: Τρόποι ψύξης αερίων, ελεγχόμενη εκτόνωση Joule-Thomson, συντελεστής Joule-Thomson, υπολογισμός συντελεστή JT για εκτόνωση ιδανικών και πραγματικών αερίων

          Λέξεις κλειδιά: Τρόποι ψύξης αερίων, ελεγχόμενη εκτόνωση Joule-Thomson, συντελεστής Joule-Thomson

        • 21 - Μετατροπές Φάσεων 1ης τάξης καθαρών ουσιών – Εξίσωση Clausius- Clapeyron

          Περιγραφή θεματικής ενότητας: Μετατροπές φάσεων καθαρών ουσιών (στερεά-υγρά-αέρια), κρίσιμα φαινόμενα, εξίσωση Clausius-Clapeyron και εφαρμογές της σε υγρούς κρυστάλλους κ.λπ.

          Λέξεις κλειδιά: Μετατροπές φάσεων καθαρών ουσιών, κρίσιμα φαινόμενα, εξίσωση Clausius-Clapeyron

        • 22- Διαγράμματα Ισορροπίας Φάσεων

          Περιγραφή θεματικής ενότητας: Διαγράμματα ισορροπίας φάσεων συνύπαρξη φάσεων, κρίσιμο σημείο, τριπλό σημείο, κατασκευή διαγραμμάτων κοντά στο τριπλό σημείο

          Λέξεις κλειδιά: Διαγράμματα ισορροπίας φάσεων (κατασκευή)

        • Βιβλιογραφία

          • Enrico Fermi, Θερμοδυναμική, Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης (2002)
          • Γραμματικάκης Ιωάννης, Εισαγωγή στη Θερμότητα και την Θερμοδυναμική, ΔΙΑΔΡΟΜΕΣ ΜΟΝΟΠΡΟΣΩΠΗ ΕΠΕ (2011)
          • Κατσάνος Νικόλαος Α., Φυσικοχημεία, ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΠΑΠΑΖΗΣΗ ΑΕΒΕ (1993)
          • ATKINS PETER - DE PAULA JULIO, ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΕΙΑ, ΙΔΡΥΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ & ΕΡΕΥΝΑΣ-ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΑΚΕΣ ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΚΡΗΤΗΣ (2014)
          • MARK W. ZEMANSKY, RICHARD M.DITTMAN, ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ ΚΑΙ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ, ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΕΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΕΣ ΕΚΔΟΣΕΙΣ Α.Γ.ΠΝΕΥΜΑΤΙΚΟΣ (2014)
          • Απόστολος Πολυζάκης, ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ ΚΑΙ ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ, ΑΠΟΣΤΟΛΟΣ ΠΟΛΥΖΑΚΗΣ (2013)

          • ΒΙΝΤΕΟΔΙΑΛΕΞΕΙΣ