Θερμοδυναμική Ι

ΟΡΙΣΜΟΙ ΚΑΙ ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ Εισαγωγικές παρατηρήσεις. Βασικά χαρακτηριστικά της Θερμοδυναμικής. Σύστημα. Περιβάλλον. Τοιχώματα. Είδη συστημάτων. Εντατικές και Εκτατικές ιδιότητες. Ομογενείς συναρτήσεις. Παράγωγοι ομογενών συναρτήσεων. Κατάσταση συστήματος. Κατάσταση ισορροπίας. Θερμοδυναμικές συναρτήσεις. Συναρτήσεις Καταστάσεως. Τέλεια διαφορικά. Ανάπτυξη τέλειου διαφορικού σε συνεισφορές. Διάκριση τοιχωμάτων. Θερμική ισορροπία. Μηδενικός Νόμος. Θερμοκρασία. Έργο. Σύμβαση προσήμου έργου.Μονάδες έργου. Έργο εκτόνωσης/συμπίεσης. 

ΠΡΩΤΟΣ ΝΟΜΟΣ Αντιστρεπτή μεταβολή. Πρώτος Θερμοδυναμικός Νόμος. Εσωτερική Ενέργεια. Θερμότητα. Σύμβαση πρόσημου θερμότητας. Εναλλακτικές διατυπώσεις Πρώτου Νόμου. Ο Πρώτος Νόμος σε διαφορική μορφή. Εξάρτηση του έργου από τη διαδρομή της μεταβολής. Θεωρήματα και σχέσεις μερικών παραγώγων («σχέση του -1», σχέση «αλλαγής σταθεράς», «σχέση του 1»). Πρώτος Νόμος και ισόχωρες διεργασίες. Βασική Θερμοδυναμική Εξίσωση (σε αναπαράσταση U). Αυθόρμητες και μη αυθόρμητες διεργασίες. Εισαγωγή της Εντροπίας. Θερμοδυναμικοί ορισμοί p, T, μ (χημικό δυναμικό). Βασική Θερμοδυναμική Εξίσωση σε διαφορική μορφή.

ΔΕΥΤΕΡΟΣ ΝΟΜΟΣ Βασική Θερμοδυναμική Εξίσωση σε αναπαράσταση Εντροπίας, S. Δεύτερος Νόμος. Κριτήρια αυθορμήτων μεταβολών. Μεταβολή εντροπίας περιβάλλοντος. Μεταβολή εντροπίας για το Σύστημα. Η Εντροπία ως συνάρτηση καταστάσεως. Εντροπία αντιστρεπτής μεταβολής. Ανισότητα του Clausius. Μέγιστο έργο. Κριτήρια Ισορροπίας. Θερμική ισορροπία. Μηχανική Ισορροπία. . Φυσικοχημική ισορροπία σε ανοικτό σύστημα (κριτήριο με βάση το χημικό δυναμικό). Εφαρμογές στην ισορροπία υγρού/ατμού και στερεού/υγρού.

Φροντιστήριο, ασκήσεις και προβλήματα

ΝΕΕΣ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΕΣ ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΙΣ Εισαγωγή Νέων Συναρτήσεων. Μετασχηματισμοί Legendre. Εισαγωγή της Ενθαλπίας, Η. Θεώρημα Euler για ομογενείς συναρτήσεις. Θερμοδυναμικές Συναρτήσεις H, A, G. Επίλυση σχέσεων dU, dH,dA & dG  ως προς T, V, S & p. Σχέσεις Maxwell. Κριτήριο ισορροπίας με βάση την G. 1^η Θερμοδυναμική Καταστατική Εξίσωση. 2^η Θερμοδυναμική Καταστατική Εξίσωση. Εφαρμογές των ΘΚΕ για την περίπτωση ιδανικού αερίου.

Μετρήσιμα μεγέθη στη Θερμοδυναμική. Θερμοχωρητικότητα. Θερμοχωρητικότητα υπό σταθερό όγκο. Θερμοχωρητικότητα υπό σταθερή πίεση. Σχέση μεταξύ Cp και CV. Συντελεστές θερμικής διαστολής και ισόθερμης συμπιεστότητας. Εφαρμογή Hg. Θερμότητα και εντροπία αλλαγής φάσης. 

Μεθοδολογία υπολογισμού w, q, ΔU, ΔΗ, ΔS. Υπολογισμοί θερμοδυναμικών ιδιοτήτων με επινόηση θερμοδυναμικού δρόμου. Περιπτώσεις αλλαγής φυσικής κατάστασης υλικών. Χημικό δυναμικό και ισορροπία. Εξίσωση Gibbs-Duhem. Εξίσωση Gibbs-Duhem για ομογενείς φάσεις ενός και δύο συστατικών. Γραμμομοριακό κλάσμα.

Κυκλικές Διεργασίες. Αντιστρεπτές κυκλικές διεργασίες. Κύκλος Carnot. Θερμοδυναμικές Μηχανές. Ψυκτήρες και Αντλίες Θερμότητας. Εισαγωγή στην έννοια του Βαθμού Ελευθερίας με εφαρμογή στη διφασική και τριφασική ισορροπία ενός συστατικού.

Φροντιστήριο, ασκήσεις και προβλήματα

ΤΡΙΤΟΣ ΝΟΜΟΣ Αξιολόγηση 3ου Νόμου, συνέπειες. Το οριακό του απολύτου μηδενός. 

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ ΑΕΡΙΩΝ Γραμμομοριακές Ιδιότητες. Σχέσεις μερικών παραγώγων του μ. Θερμοδυναμική αερίων. Το μοντέλο του ιδανικού αερίου. Εφαρμογές.

Φροντιστήριο, ασκήσεις και προβλήματα

Αποκλίσεις από ιδανική συμπεριφορά. Πραγματικά αέρια. Μοριακές αλληλεπιδράσεις. Ο παράγοντας συμπιεστότητας. Καταστατικές εξισώσεις πραγματικών αερίων. Καταστατικές εξισώσεις virial. Καταστατική εξίσωση van der Waals. Ισόθερμες van der Waals. Κρίσιμο σημείο. Κρίσιμες σταθερές. Ανηγμένα μεγέθη p,V,T.

Ανηγμένα μεγέθη p,V,T. Αξιοπιστία εξίσωσης van der Waals. Αρχή αντιστοίχων καταστάσεων. Εξάρτηση της U από V για πραγματικά αέρια. Πτητικότητα πραγματικού αερίου, μοντέλο χημικού δυναμικού. Υπολογισμός της πτητικότητας.

Φαινόμενο Joule Thomson. Κρυογενική. Συντελεστής Joule Thomson. Υπολογισμοί θερμοκρασιών Boyle και Joule Thomson για αέρια van der Waals. Υπολογισμός της πτητικότητας μέσω προσεγγιστικής σχέσης. 

ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ ΦΑΣΕΩΝ ΣΕ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΝΟΣ ΣΥΣΤΑΤΙΚΟΥ 

Εξάρτηση του χημικού δυναμικού από τις p,T. Δύο φάσεις ενός συστατικού σε ισορροπία. Ισορροπία φάσεων σε συστήματα ενός συστατικού. Σταθερότητα φάσεων. Εξάρτηση του χημικού δυναμικού από την πίεση (διαφοροποίηση μεταξύ αέριας και συμπυκνωμένης φάσης). Μελέτη περίπτωσης : Η επίδραση της πίεσης στη θερμοκρασία τήξης. Λανθάνουσα θερμότητα εξαέρωσης νερού (σχέση με w και ΔU). Η εξίσωση Clausius Clapeyron. Η περίπτωση της εξαέρωσης. Διαγράμματα ισορροπίας σε πεδίο (p,T) για ισορροπία φάσεων ενός συστατικού. 

Φροντιστήριο, ασκήσεις και προβλήματα

Διαγράμματα ισορροπίας σε πεδίο (p,T) για ισορροπία φάσεων ενός συστατικού. Παράδειγμα: Μεταβολή της Ενθαλπίας μετασχηματισμού φάσης με την Τ. Η περίπτωση της εξαέρωσης. Μελέτη περίπτωσης : επίδραση της πίεσης στο σημείο τήξης. 

Φροντιστήριο, ασκήσεις και προβλήματα

Ολοκλήρωση της εξίσωσης Clausius – Clapeyron για εξαέρωση/εξάχνωση με ΔΗ¹f(T). Εφαρμογή. Διάγραμμα lnp vs 1/T. Εφαρμογή. Μεταβολή της ενθαλπίας εξαέρωσης με τη Τ. Ολοκλήρωση της εξίσωσης Clausius – Clapeyron για εξαέρωση/εξάχνωση με ΔΗ=f(T). Εφαρμογή: Κορεστής συνεχούς ροής (Bubble column). 

Φροντιστήριο, ασκήσεις και προβλήματα

Κανόνας Trouton. Εφαρμογές – Ασκήσεις. Μεταπτώσεις πρώτης και δεύτερης τάξης. Μεταπτώσεις Λάμδα.
Φροντιστήριο, ασκήσεις και προβλήματα