Department Department Department Department Department Department Department

Θερμοδυναμική Ι

Στοιχεία Μαθήματος
Διδάσκων (Διδάσκοντες):
Μπογοσιάν Σογομών
 
Προπτυχιακά Μαθήματα, 3ο Εξάμηνο
Υποχρεωτικά Μαθήματα
Ελληνικά
Κωδικός Μαθήματος: CHM_220
Διδακτικές Μονάδες: 4
Μονάδες ECTS:6

Επιδιωκόμενα Μαθησιακά Αποτελέσματα

Με τη μελέτη του μαθήματος αυτού, ο φοιτητής θα μπορεί:

  1. να περιγράφει το αντικείμενο, τα θεμέλια και τις βασικές έννοιες της Θερμοδυναμικής και να γράφει και αναπτύσσει τους βασικούς Νόμους πάνω στους οποίους εδράζεται αυτή
  2. να κατανοεί την ανάπτυξη της Θερμοδυναμικής, μέσω της Βασικής Θερμοδυναμικής Εξίσωσης, των Νόμων αυτής καθώς και μαθηματικών εργαλείων
  3. να μελετά εφαρμογές, όπως υπολογισμούς μεταβολών θερμοδυναμικών ιδιοτήτων σε απλές διεργασίες
  4. να περιγράφει τη φυσικοχημεία μεταβολών φάσης κατανοώντας έννοιες όπως η λανθάνουσα θερμότητα και η τάση ατμών και να κάνει σχετικούς υπολογισμούς

Δεξιότητες

Οι δεξιότητες που αναμένεται να αναπτύξει ο φοιτητής σχετίζονται με τα ανωτέρω επιδιωκόμενα αποτελέσματα:

  1. Ικανότητα χρήσης των μαθηματικών εργαλείων για την ανάπτυξη της Θερμοδυναμικής με εισαγωγή νέων συναρτήσεων και συσχετίσεων μέσω μερικών παραγώγων
  2. Δεξιότητα σε απλούς υπολογισμούς μεταβολών ιδιοτήτων, θερμότητας και έργου σε απλές διεργασίες
  3. Ικανότητα υπολογισμών μηχανικού σε διεργασίες μεταβολών φάσης.

Προαπαιτήσεις

Δεν υπάρχουν προαπαιτούμενα μαθήματα.Οι φοιτητές πρέπει να έχουν γνώση διαφορικών εξισώσεων και απλών ολοκληρωμάτων

Περιεχόμενα (Ύλη) Μαθήματος

ΘΕΜΕΛΙΩΣΗ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗΣ
Ορισμοί και έννοιες. Θερμοδυναμικά συστήματα και μεταβλητές.  Μηδενικός Νόμος και θερμοκρασία. Γενικευμένο έργο. Εσωτερική ενέργεια και 1ος Νόμος της Θερμοδυναμικής για κλειστό σύστημα. Θερμότητα. Ο 1ος Νόμος σε διαφορική μορφή. Αυθόρμητες και μη αυθόρμητες διεργασίες. Εντροπία και 2ος Νόμος της Θερμοδυναμικής. Αντιστρεπτότητα. Μεταβολή εντροπίας συστήματος/περιβάλ-λοντος. Ανισότητα Clausius. Βασική θερμοδυναμική εξίσωση σε αναπαράσταση εσωτερικής ενέργειας. Κυκλικές διεργασίες. Μετασχηματισμοί Legendre, άλλες θερμοδυναμικές συναρτήσεις. Ενθαλπία, Ελεύθερη Ενέργεια Helmholtz, Ελεύθερη Ενέργεια Gibbs. Χημικό δυναμικό. Θεώρημα Euler, εξισώσεις Maxwell. Απόλυτη εντροπία και 3ος Νόμος της Θερμοδυναμικής. Χαμηλές θερμοκρασίες.

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΚΑΘΑΡΩΝ ΟΜΟΓΕΝΩΝ ΟΥΣΙΩΝ
Εκφραση μετρήσιμων θερμοδυναμικών μεγεθών μέσω παραγώγων των θερμοδυναμικών συναρτήσεων. Ειδική θερμότητα. Θερμοχωρητικότητα υπό σταθερό όγκο και υπό σταθερή πίεση. Υπολογισμός μεταβολών θερμοδυναμικών συναρτήσεων για καθαρές ουσίες. Καταστατικές εξισώσεις αερίων. Πτητικότητα. Αρχή των αντιστοίχων καταστάσεων. Κρίσιμες συνθήκες. Ανηγμένες μεταβλητές.

ΙΣΟΡΡΟΠΙΕΣ ΦΑΣΕΩΝ ΓΙΑ ΚΑΘΑΡΕΣ ΟΥΣΙΕΣ
Γραμμομοριακές ιδιότητες. Γραμμομοριακή ελεύθερη ενέργεια Gibbs.  Κανόνας του Gibbs για την ισορροπία φάσεων. Θερμοδυναμική των μεταβάσεων φάσης: Τάση ατμών. Εξίσωση Antoine. Εξίσωση Clapeyron, εξίσωση Clausius-Clapeyron. Μεταβολή θερμοδυναμικών συναρτήσεων (ενθαλπίας και εντροπίας) αλλαγής φάσης. Μεταβάσεις φάσεων 1ης και 2ης τάξης. Μεταπτώσεις λάμδα.

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ ΣΕ ΑΝΟΙΚΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ
Γενικευμένα ισοζύγια μάζας.  Σχέση των ισοζυγίων με τους βασικούς νόμους της Θερμοδυναμικής. Εφαρμογές  των ισοζυγίων σε απλά συστήματα  (ιδανικά αέρια)

Διδακτικές και Μαθησιακές Μέθοδοι

Παραδόσεις από πίνακος. Περιοδικές παραδόσεις επισκόπησης (σεμιναριακού τύπου) με χρήση ΤΠΕ

Μέθοδοι Αξιολόγησης/Βαθμολόγησης
  1. Δύο εξετάσεις προόδου, την 6η και 13η εβδομάδα.
  2. Προσφέρονται θέματα για εκπόνηση προαιρετικών μελετών περίπτωσης, οι οποίες περιλαμβάνουν και βιβλιογραφική έρευνα.
  3. Τελική γραπτή εξέταση. Ο μ.ο. των προόδων του (1) –εφόσον είναι μεγαλύτερος του 5.0– λαμβάνεται υπόψη μαζί με την επίδοση του (2) για τη βελτίωση της τελικής επίδοσης στο μάθημα.