TRANSFORMĂRI DE STARE DE AGREGARE
Dupa cum se cunoaste din capitolele precedente, substantele sunt clasificate, dupa starea lor de agregare, în solide, lichide si gaze. În conditii normale unele substante se gasesc în stare solida: fierul, plumbul, sticla, etc, altele în stare lichida: apa, alcoolul, benzina, altele înstare gazoasa: aerul, oxigenul, metanul etc.
Se cunoaste foarte bine ca unele substante pot fi trecute usor dintr-o stare în alta: evaporarea si condensarea apei; topirea si solidificarea unei bucati de plumb. Se pune întrebarea: oare toate substantele pot fi trecute în alte stari decât cele normale?
Daca analizam structurile interne ale starilor si miscarile moleculare ce au loc în substante, constatam ca între diferite stari ale substantei exista deosebiri dar si asemanari. Dupa cum se stie, în solide exista o asezare ordonata a atomilor în structuri regulate pe întinderi mari care sunt stabile în timp, la lichide atomii prezinta structuri ordonate pe întinderi mici (ordine locala) si pe durate scurte, la gaze nu exista nici-o ordine. Din punct de vedere al miscarilor moleculare, se stie ca la solide miscarea este
redusa la mici vibratii, la lichide apar pe lânga vibratii si mici miscari de translatie, iar la gaze predomina miscarile de translatie.
Se ajunge la concluzia ca daca prin diverse metode se activeaza atomii sau moleculele unui solid, încât sa execute miscari ample, se poate trece la o faza lichida sau chiar gazoasa. Invers, daca miscarea moleculelor unui gaz se reduce, se poate ajunge la faza lichida sau solida. Singura problema care se pune este cât de dure sunt conditiile ce trebuiesc create pentru a putea realiza trecerea de la o faza la alta.
Cunoastem ca este suficient sa încalzim usor o cana cu apa pentru ca aceasta sa se evapore sau este suficient sa reducem temperatura sub 0oC pentru ca apa sa înghete. Nu acelasi lucru putem spune despre topirea unei bucati de bazalt sau de lichefierea aerului.
În anul 1869, fizicianul irlandez Thomas Andrews a reusit, prin racirea si comprimarea concomitenta a bioxidului de carbon, sa-l transforme din stare gazoasa în stare lichida (lichefiere).El a efectuat o serie de comprimari izoterme ale bioxidului de carbon si a constatat ca daca temperatura gazului este mai mare decât 31oC, gazul
respecta legea Boylle-Mariotte. pVTc Daca temperatura gazului este mai mica de 31oC, se constata ca prin comprimarea gazului, la un moment dat încep sa apara picaturi de lichid, iar presiunea ramâne aproximativ constanta desi volumul se micsoreaza.
Din graficele transformarilor izoterme se trag urmatoarele concluzii: seobtine fenomenul de lichefiere numai daca temperatura este mai mica decât o temperatura Tc,
specifica substantei, respectiv o presiune pc numita presiune critica. Cu cât temperatura gazului este mai mica cu atât presiunea de lichefiere este mai mica, si este mai comod de lichefiat gazul.
În procesele de transformari de faza este importanta energia care se schimba prin absorbtie sau cedare de caldura, pentru a modifica starea cinetico-moleculara si structura interna a substantei. În majoritateacazurilor energia pusa în joc este sub forma de caldura.
Este evident ca la trecerea directa dintr-o stare în alta si la trecerea inversa
se pune în joc aceeasi caldura cedata sau absorbita.
Întrucât în timpul transformarilor de faza temperatura substantei ramâne constanta, caldura pusa în joc se numeste caldura ascunsa sau caldura latenta care depinde de cantitatea de substanta si de tipul substantei. Se defineste caldura latenta specifica, ca fiind caldura necesara unitatii de masa pentru a o transforma în alta stare, la temperatura constanta:
Caldura latenta specifica este o marime care depinde de substanta care
sufera transformarea de faza, fiind aproximativ independenta de alte
marimi.
ë =Qm
TOPIREA sI SOLIDIFICAREA
Topirea este fenomenul de trecere a unui corp din faza solida în faza lichida iar solidificarea este transformarea inversa.
Din punct de vedere a modului cum are loc topirea distingem doua tipuri:
-topirea corpurilor amorfe care se produce printr-o înmuiere treptata a corpului pâna se ajunge la faza lichida: sticla, ceara, smoala etc.
-topirea corpurilor cristaline (topirea neta) se produce prin trecerea brusca în faza lichida la o temperatura bine precizata: metalele, gheata etc.
Topirea neta respecta urmatoarele legi:
a) La o presiune data, topirea are loc întotdeauna la aceeasi temperatura, numita temperatura de topire, care este o caracteristica a substantei.
b) În tot timpul topirii temperatura substantei ramâne constanta.
c) Temperatura de topire este influentata de presiunea la care este supusa substanta.
Experienta lui Tyndal arata ca temperatura de topire a ghetii poate fi mult
mai mica decât 0oC. Firul de otel, sub actiunea greutatii, creaza o presiune apreciabila asupra ghetii topind gheata de sub el. Apa rezultata se ridica deasupra firului si îngheata. Astfel, firul de otel traverseaza blocul de gheata care în final este (aparent) ca la început.
d) În timpul topirii volumul substantei se modifica. Exista substante al caror volum scade în urma topirii: apa, fonta, argintul, bismutul, dar majoritatea substantelor îsi maresc volumul prin topire. Se cunoaste foarte bine ca apa care îngheata într-o sticla o sparge deoarece în timpul solidificarii apei volumul acesteia creste. Daca se toarna într-o eprubeta parafina topita, dupa solidificare se constata ca nivelul acesteia a scazut. În industrie trebuie sa se ia în consideratie variatia volumului la solidificare pentru a nu se obtine piese mai mici în urma turnarii metalelor în forme (metalurgie)
e) Caldura acceptata de substanta în timpul topirii are aceeasi valoare cu
cea cedata de aceeasi substanta în timpul solidificarii:
Qtop=Qsol
Temperatura de topire poate fi modificata prin realizarea unor aliaje deconcentratii bine definite, astfel, aliajul de plumb si cositor are temperatura de topire mai mica decât a fiecarui metal.
VAPORIZAREA sI CONDENSAREA
Fenomenul prin care o substanta lichida este transformata în faza gazoasase numeste vaporizare. Substanta lichida care a fost transformata în faza gazoasa se prezinta sub denumirea de vapori. Procesul de trecere al vaporilor în lichid se numeste condensare iar procesul de transformare a unui gaz în lichid se numeste lichefiere.
VAPORIZAREA ÎN VID
Daca printr-un procedeu oarecare se creaza deasupra unui lichid un vid înaintat, se constata ca are loc o vaporizare a lichidului în acel spatiu. Într-un vas cu mercur se introduc mai multe tuburi barometrice cu gura în jos. Evident ca mercurul coboara în tub pâna se echilibreaza presiunea atmosferica, (1) coloana de mercur având aproximativ înaltimea de 760mm iar deasupra mercurului în camera barometrica se creaza vid. Cu ajutorul unei pipete curbate se introducîn tubul 2 pe rând, picaturi de eter. Se constata ca picaturile urca spre suprafata mercurului, sevolatilizeaza(se vaporizeaza instantaneu) si nivelul mercurului coboara. Cu cât cantitatea de
eter întrodusa este mai mare (3) cu atât mercurul coboara mai mult. Se trage concluzia ca vaporii de eter creaza o presiune asupra mercurului.Pentru cantitati mari de eter se constata ca eterul nu se mai volatilizeaza (4) si nivelul mercurului este aproximativ
acelasi (5) indiferent de cantitatea de eter introdusa în camera. Se spune ca vaporii au devenit saturanti si sunt în echilibru cu lichidul care s-a vaporizat. Presiunea creata de astfel de vapori se numeste presiunea vaporilor saturanti, care are o serie de proprietati:
1) depinde de natura substantei lichide care se vaporizeaza;
2) nu depinde de cantitatea de lichid si de cea a vaporilor;
3) este functie directa de temperatura vaporilor;
4) are valoarea maxima pe care o pot realiza vaporii.
Analizând dinamica procesului de vaporizare se trage usor concluzia ca, pentru ca o substanta lichida sa se vaporizeze, este necesr ca sa se absoarba caldura. Acest lucru se poate realiza prin comunicare de caldura de la un alt corp sau sa se ia caldura chiar de la propriul lichid, ducând la racirea acstuia, fenomen cunoscut în practica si uneori chiar utilizat în realizarea temperaturilor joase.
FIERBEREA
Fierberea este procesul de vaporizare în întreaga masa a lichidului, vaporii se formeaza oriunde în interiorul lichidului. Prin încalzirea treptata a apei din balonul de sticla se pot observa urmatoarele:
a) pe peretii vasului apar mici bule de aer;
b) pe masura ce temperatura creste, bulele se maresc, se desprind de pereti si urca spre suprafata; în straturile superioare unele semicsoreaza si dispar, producând un zgomot, se spune ca apa cânta;
c) la o anumita temperatura (100oC) bulele ajung la suprafata lichidului si din acest moment temperatura ramâne constanta ( a început fierberea).
Explicatia acestor observatii se face astfel: în bulele de aer patrund vaporide lichid care, pe masura ce temperatura creste, creste cantitatea acestora, deci si volumul bulelor pornind spre suprafata. În straturile superioaretemperatura lichidului fiind mai mica determina condensarea vaporilor, fenomen urmat de cresterea temperaturii lichidului. Când lichidul se omogenizeaza termic bulele nu se mai "sparg" în interior, ajung la
suprafata si se declanseaza fierberea propriuzisa. Din acest moment temperatura nu mai creste deoarece întreaga caldura primita de lichid este utilizata pentru vaporizare:
Q=m.ë
Temperatura de fierbere depinde de substanta care se vaporizeaza, dar care poate fi influentata de presiunea vaporilor. Astfel la presiuni mari apa nu fierbe decât la temperaturi ce pot depasi 300oC, fiind utilizata la sterilizarea umeda a ustensilelor medicale (autoclave). Daca presiunea vaporilor este redusa mult, temperatura de fierbere are valoare foarte coborâta putând ajunge la situatia în care apa îngheata în
timp ce fierbe. Aceasta proprietate este utilizata la fierberea fortata la temperaturi mici a unor substante care s-ar descompune la temperature normala de fierbere. Faptul ca fiecare lichid are o temperatura specifica de fierbere si ca în timpul fierberii temperatura lichidului nu creste, este utilizat la distilareafractionata a unui amestec de lichide: distilarea alcoolului, distilarea petrolului etc.
EVAPORAREA
Fenomenul prin care se realizeaza vaporizarea numai la suprafata libera a lichidului se numeste evaporare. Este cunoscut ca daca se lasa o farfurie cu apa, la temperatura normala, dupa un timp apa dispare din farfurie, zicând ca apa s-a evaporat. Rufele ude daca sunt intinse, dupa un timp se usuca datorita evaporarii apei.
Conditiile care trebuie îndeplinite pentru a se produce evaporarea sunt:
-mediul ambiant sa nu fie saturat cu vaporii lichidului, presiunea vaporilor existenti p sa fie mai mica decât presiunea de saturatie pm, la acea temperatura;
-presiunea atmosferica H la cel moment sa fie mai mare decât presiunea
de saturatie (H>pm).
Întrucât lichidul se poate evapora mai repede sau mai încet, se defineste
viteza de evaporare ca fiind egala cu masa de lichid ce se evapora în
unitatea de timp:
Viteza de evaporare depinde de urmatoarele marimi:
-este proportionala cu aria suprafetei libere a lichidului;
-este proportionala cu diferenta presiunilor pm-p ;
-este invers proportionala cu presiunea atmosferica H de deasupra lichidului. unde K este o constanta care depinde de unitatile de masura alese.
Este evident ca viteza de evaporare depinde de natura lichidului care sevaporizeaza, dar acest lucru este inclus în presiunea pm a vaporilor saturanti. Deasemenea, viteza de evaporare depinde si de viteza aerului de deasupra lichidului, dar aceasta este inclusa în diferenta (pm-p), deoarece daca exista o buna circulatie a aerului va determina o micsorare a cantitatii de vapori de deasupra lichidului si implicit cresterea diferentei
(pm-p).
Se cunoaste din practica ca rufele se usuca mult mai repede, atunci când bate vântul, decât atunci când nu bate. Când este ger deasemenea rufele seusuca repede deoarece cantitatea de vapori din atmosfera este mica.
t
Starea tripla
Echilibrul fazelor se stabileste atunci când doua faze, ale aceleiasi
substante, aflându-se în contact, în aceleasi conditii de presiune si
temperatura, masa fiecarei faze ramâne constanta.
Dependenta dintre presiune si temperatura pentru curbele de-a lungul
carora se realizeaza echilibrul a doua faze se numesc diagrame de stare.
Pentru diagrama de faza lichid-vapori este specifica existenta starii critice
peste care nu este posibila starea de echilibru dintre faza lichida si cea
gazoasa.
Procesul de trecere a substantelor din faza solida direct în faza gazoasa se
numeste sublimare, iar caldura latenta este egala cu suma dintre caldura
latenta de topire si caldura latenta de vaporizare.
În planul p-T exista un singur punct care reprezinta starea unica în care se
afla, în echilibru, toate cele trei faze ale unei substante, solida, lichida si
gazoasa, acest punct reprezinta starea tripla a substantei respective.
luni, 30 mai 2011
Principiul I al termodinamicii
Energia internă a unui sistem termodinamic se poate modifica doar prin transfer de energie sub formă de căldură şi/sau lucru mecanic între sistem şi mediul său (figura 4−1).
Figura 4-1. Modificarea energiei interne a unui sistem termodinamic ca urmare a transferului de energie între sistem şi mediul său:
a) sistemul este în echilibru cu mediul său (starea iniţială);
b) sistemul interacţionează cu mediul său, schimbând cu acesta energie sub formă de căldură şi/sau lucru mecanic;
c) sistemul atinge o nouă stare de echilibru cu mediul său (starea finală).
Fiecărei stări de echilibru a unui sistem termodinamic îi asociem o mărime fizică de stare − energia sa internă.
Una dintre cele mai fertile idei din fizică este cea care afirmă că energia provine doar din energie. Cu alte cuvinte, energia se conservă. Oriunde apare un surplus de energie, în altă parte apare un deficit de energie, tot atât de mare.
Formularea principiului conservării energiei pentru procesele termodinamice constituie:
Prinicipiul I al termodinamicii:
Variaţia energiei interne a unui sistem este suma algebrică a căldurii şi lucrului mecanic transferate între sistem şi mediul său:
Semnul minus din expresia principiului I al termodinamicii se datorează convenţiei de semne pe care o folosim. Când sistemul primeşte căldură (Q>0), dar nu şi lucru mecanic (L=0), energia lui internă creşte (figura 4−2):
Fig. 4−2. Energia internă a sistemului creşte pe seama cantităţii de căldură primită.
Când sistemul primeşte lucru mecanic (L<0), dar nu şi căldură (Q=0), energia sa internă creşte (figura 4−3):
Fig. 4−3. Energia internă a sistemului creşte pe seama lucrului mecanic efectuat asupra sistemului.
Tot astfel, energia internă a sistemului se micşorează (ΔU<0) dacă sistemul transferă mediului său energie sub formă de căldură sau lucru mecanic.
Provocarea 4-1
Cât este variaţia energiei interne a unui sistem termodinamic care este supus unui proces în urma căruia revine la starea iniţială (proces ciclic)?
Dacă stările iniţială şi finală coincid, variaţia energiei interne este nulă (aceeaşi energie internă caracterizează atât starea iniţială cât şi cea finală a sistemului). Conform principiului I al termodinamicii, dacă ΔU=0, rezultă Q=L.
Dacă sistemul, pornind din aceeaşi stare iniţială, parcurge un alt proces ciclic, cu o variaţie mai amplă a parametrilor (presiune, temperatură etc.), variaţia de energie internă este nulă şi în acest caz:
De data aceasta, Q'≠Q şi L'≠L (au fost atinse temperaturi şi presiuni diferite pe parcursul celor două procese).
Energia internă a unui sistem este o mărime de stare (variaţia energiei interne depinde doar de stările iniţială şi finală ale sistemului), dar cantitatea de căldură şi lucrul mecanic transferate între sistem şi mediul său sunt mărimi de proces (depind de procesul la care participă sistemul).
Figura 4-1. Modificarea energiei interne a unui sistem termodinamic ca urmare a transferului de energie între sistem şi mediul său:
a) sistemul este în echilibru cu mediul său (starea iniţială);
b) sistemul interacţionează cu mediul său, schimbând cu acesta energie sub formă de căldură şi/sau lucru mecanic;
c) sistemul atinge o nouă stare de echilibru cu mediul său (starea finală).
Fiecărei stări de echilibru a unui sistem termodinamic îi asociem o mărime fizică de stare − energia sa internă.
Una dintre cele mai fertile idei din fizică este cea care afirmă că energia provine doar din energie. Cu alte cuvinte, energia se conservă. Oriunde apare un surplus de energie, în altă parte apare un deficit de energie, tot atât de mare.
Formularea principiului conservării energiei pentru procesele termodinamice constituie:
Prinicipiul I al termodinamicii:
Variaţia energiei interne a unui sistem este suma algebrică a căldurii şi lucrului mecanic transferate între sistem şi mediul său:
Semnul minus din expresia principiului I al termodinamicii se datorează convenţiei de semne pe care o folosim. Când sistemul primeşte căldură (Q>0), dar nu şi lucru mecanic (L=0), energia lui internă creşte (figura 4−2):
Fig. 4−2. Energia internă a sistemului creşte pe seama cantităţii de căldură primită.
Când sistemul primeşte lucru mecanic (L<0), dar nu şi căldură (Q=0), energia sa internă creşte (figura 4−3):
Fig. 4−3. Energia internă a sistemului creşte pe seama lucrului mecanic efectuat asupra sistemului.
Tot astfel, energia internă a sistemului se micşorează (ΔU<0) dacă sistemul transferă mediului său energie sub formă de căldură sau lucru mecanic.
Provocarea 4-1
Cât este variaţia energiei interne a unui sistem termodinamic care este supus unui proces în urma căruia revine la starea iniţială (proces ciclic)?
Dacă stările iniţială şi finală coincid, variaţia energiei interne este nulă (aceeaşi energie internă caracterizează atât starea iniţială cât şi cea finală a sistemului). Conform principiului I al termodinamicii, dacă ΔU=0, rezultă Q=L.
Dacă sistemul, pornind din aceeaşi stare iniţială, parcurge un alt proces ciclic, cu o variaţie mai amplă a parametrilor (presiune, temperatură etc.), variaţia de energie internă este nulă şi în acest caz:
De data aceasta, Q'≠Q şi L'≠L (au fost atinse temperaturi şi presiuni diferite pe parcursul celor două procese).
Energia internă a unui sistem este o mărime de stare (variaţia energiei interne depinde doar de stările iniţială şi finală ale sistemului), dar cantitatea de căldură şi lucrul mecanic transferate între sistem şi mediul său sunt mărimi de proces (depind de procesul la care participă sistemul).
ELEMENTE DE TERMODINAMICĂ
§5.1. Notiuni fundamentale de termostatica. Primul postulat al Termodinamicii
O stare a unui sistem fizic (termodinamic) pentru care valorile parametrilor caracteristici ramân constante (în timp) este numita stare de echilibru termodina 17317h722r mic.
Un sistem termodinamic care nu schimba nici substanta si nici energie cu mediul ambiant (înconjurator) este numit sistem termodinamic izolat (închis).
Experientele efectuate arata ca – dupa o anumita durata finita (numita timp de relaxare, τ) –orice sistem termodinamic izolat ajunge într-o stare de echilibru termodina 17317h722r mic, în care ramâne (pentru totdeauna). Acest rezultat – care este valabil doar pentru sistemele termodinamice uzuale (macroscopice), dar nu este valabil pentru sistemele fizice microscopice si nici pentru sistemele cosmologice – se numeste primul postulat[1] al termodinamicii.
Pentru a defini notiunile de proces cuasistatic, respectiv de proces (transformare) nestatic(a), vom considera (drept exemplu particular) transformarile termodinamice ale unei anumite cantitati de gaz, închisa într-un cilindru de catre un piston mobil. Vom admite ca – la momentul initial – pistonul se gaseste în pozitia 1 (v.figura 5.1), gazul fiind într-o stare de echilibru termodina 17317h722r mic. FieΔt1 si τ12 durata miscarii pistonului din pozitia
initiala 1 pâna în pozitia 2 si – respectiv – durata _______________________________
de relaxare necesara gazului pentru a atinge starea . . . . . . . . . . . .
de echilibru termodinamic corespunzând pozitiei 2 . . . . . . . . . . . 1 2
a pistonului, pornind de la pozitia initiala 1. Daca . . . . . . . . . . . . _____________
Δt1≥ τ12, tranzitia gazului de la starea de echilibru . . . . . . . . . . . _____________
initial la starea de echilibru final poate fi considerata . . . . . . . . . . . .
drept o succesiune continua de stari de echilibru . . . . . . . . . . .
(putând fi reprezentata printr-o curba în diagrama _______________________________
parametrilor de stare), motiv pentru care aceasta
transformare termodinamica va fi numita cuasistatica.[2] Fig. 5.1
Dimpotriva, daca Δt1<τ12,, nu exista timpul necesar atingerii starilor de echilibru si transformarea 1 →2 va fi numita nestatica.
Parametrii caracteristici starilor de echilibru sau transformarilor sistemelor termodinamice sunt numiti parametri termodinamici.
Exista mai multe clasificari ale parametrilor termodinamici, cele mai importante fiind prezentate în continuare.
Astfel, parametrii termodinamici sunt clasificati în:
(i) parametri externi (simbol ai), care depind în principal de corpurile care delimiteaza sistemul considerat (spre exemplu, de natura peretilor unei cuve cu gaz) si doar într-o masura neglijabila de natura sistemului (sau de cantitatea de substanta a sistemului),
(ii) parametri externi (simbol Aj), daca – dimpotriva – respectivii parametri depind în principal de natura sistemului studiat sau de cantitatea de substanta a sistemului.
Spre exemplu, volumul unui gaz, aria unei pelicule de lichid, intensitatile câmpului electric E sau magnetic H sunt parametri externi, deoarece ei depind în principal de pozitiile peretilor, ale tijelor (v. figura 5.2), respectiv de valorile sarcinilor si curentilor electrici exteriori (inclusiv de dimensiunile geometrice caracteristice), în timp ce densitatea unui solid (care depinde în principal de natura sa), presiunea unui gaz (determinata de numarul moleculelor de gaz din unitatea de volum, precum si de temperatura) sunt parametri interni.
______________________ ______ O alta clasificare importanta a parametrilor
_____________________ ______ termodinamici este cea care evidentiaza:
(i) parametrii de stare, având valori specifice pentru fiecare stare de echilibru termodina 17317h722r mic,
Apa (cu sapun) si: (ii) parametrii de transformare, care nu depind numai de starile initiala si finala, ci de întreaga transformare termodinamica[3].
_____________________ ______ Spre exemplu, energia interna – definita ca
______________________ ______ suma a energiilor cinetice si potentiale ale tuturor particulelor[4] (molecule, atomi, electroni, nuclee atomice
Fig. 5.2 s.a.) care formeaza un sistem termodinamic este un parametru (foarte important) de stare.
Dimpotriva, lucrul mecanic si caldura sunt parametri de transformare (proces) deoarece depind de natura transformarilor dintre starile initiala si – respectiv – finala.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
A 12-a parte din masa unui atom al izotopului 12 al carbonului este numita unitate atomica de masa (simbol u):
Raportul masei unei molecule a unei anumite substante la unitatea atomica de masa este numita masa moleculara (simbol M) a respectivei substante:
Daca masa unei anumite cantitati de substanta exprimata în grame (sau în kilograme) este egala cu masa moleculara, aceasta cantitate de substanta va fi numitamol (respectiv, kilomol).
Numarul moleculelor continute de 1 gram (respectiv de 1 kilogram) de substanta este numit numarul lui Avogadro:
Daca valorile anumitor parametri termodinamici de stare sau de transformare (proces) permit calculul celorlalti parametri de stare, respectiv de transformare ai unui anumit sistem termodinamic, acesti parametri sunt numiti parametri de univocitate ai starii de echilibru sau ai transformarilor termodinamice ale sistemului considerat[5]. Experientele efectuate au aratat ca principalele tipuri de parametri de univocitate ai starii de echilibru termodina 17317h722r mic ai unui anumit sistem macroscopic sunt:
- parametrii externi ai ,
- parametrii de “compozitie”, adica numerele de moli (sau kilomoli) νj ai diferitelor substante care formeaza sistemul considerat,
- parametrii de “ordine” Ok , care indica dispunerea (aranjarea) moleculelor în interiorul sistemului termodinamic.
§5.2. Primul Principiu al Termodinamicii
Pornind de la definitia parametrilor de univocitate, rezulta ca energia interna a unui sistem termodinamic poate fi exprimata (ca parametru de stare) în functie de valorile parametrilor externi ai , de numerele de compozitie νj si de parametrii de ordine Ok: U=U(ai, νj, Ok). Expresia diferentialei energiei libere va fi deci:
Derivata partiala a energiei interne în raport cu un parametru extern ai , cu semn schimbat:
este numita parametru de forta asociat parametrului extern ai .
Cresterea energiei interne a unui sistem termodinamic datorita adaugarii unei molecule (sau a unui mol, respectiv kilomol de substanta) suplimentara, pentru valori constante ale parametrilor externi si ale parametrilor de ordine:
este numita potential (electro)chimic corespunzând unei molecule (unui mol, respectiv unui kilomol) a(l) substantei “j”.
În fine, daca parametrul de ordine Ok coincide cu entropia statistica (definita în baza notiunilor matematice privind probabilitatile)[6], derivata partiala: 
Primul termen al expresiei diferentialei energiei interne:
este numit lucru mecanic (diferential) primit[7] de sistemul termodinamic considerat.
Ultimul termen al expresiei diferentiale a energiei interne:
este numit caldura primita de sistemul termodinamic în cursul transformarii diferentiale considerate.
Luând în consideratie definitiile energiei interne si a caldurii schimbate[8] de sistemul termodinamic cu mediul ambiant (exterior), se obtine pentru diferentiala energiei interne expresia:
care este numita (expresie a) primul(ui) principiu al Termodinamicii[9].
Primul principiu al Termodinamicii exprima conditia de conservare a energiei, întrucât – în conformitate cu acest principiu – variatia de energie interna trebuie sa fie egala cu suma energiilor schimbate de sistemul termodinamic cu exteriorul sub forma de lucru mecanic, caldura si – respectiv – concomitent cu schimbul de substanta.
Exercitii
1. Deduceti parametrii de forta asociati: a) volumului unui gaz aflat într-un recipient închis de un piston mobil, b) ariei unei pelicule de lichid, delimitata de un cadru fix si o tija mobila.
Rezolvare: a) Se stie ca lucrul mecanic efectuat de un gaz într-o deplasare elementara (diferentiala) cu dx a pistonului este: dLef.=Fdx=pSdx=pdV , unde p este presiunea gazului, S este
___________________ ___________ _______ aria sectiunii transversale a pistonului,
p iar dV = S . dx reprezinta variatia
_______ volumului gazului. Se constata ca
_______ A L expresia primului principiu al
___________________ ___________ _______
a) b) de unde:
Fig. 5.5
b) Lucrul mecanic efectuat de lichid în timpul deplasarii cu dx a tijei mobile este dat de expresia:
unde σ este tensiunea superficiala a lichidului, L este lungimea contactului dintre pelicula de lichid si tija mobila, iar dA reprezinta variatia ariei peliculei. Se obtine:
de unde:
[1] Se numeste postulat termodinamic o afirmatie verificata de experienta pentru un domeniu limitat (aici, doar pentru sistemele fizice macroscopice), afirmatie care este admisa fara vreo demonstratie teoretica în cadrul unui anumit formalism teoretic (aici, al Termodinamic) al Fizicii.
[2] Toate transformarile termodinamice studiate (uzual) în licee sunt – evident – cuasistatice.
[3] Din studiul efectuat în licee, se stie ca – spre exemplu – valoarea lucrului mecanic efectuat de un gaz este numeric egala cu aria suprafetei cuprinse între reprezentarea grafica a transformarii studiate în diagrama presiune-volum si axa volumelor (v.figura 5.3). Se constata usor ca – spre exemplu – lucrul mecanic efectuat în transformarea i→2→f este mai mare decât cel efectuat în transformarea izoterma i→f (se presupune p
ca piVi=pfVf), care este mai mare decât cel efectuat în transformarea pi - - - - - - x - - - - - - - - - - - - 2
i→1→f, etc. În consecinta, în timp ce diferentiala unui parametru de T=const.
stare este total exacta (deci aceasta diferentiala admite o primitiva, p2 - - - - - - -1 - - - - - - - - - - - - f
care este un parametru de stare), diferentialele parametrilor de _____________________________ V
transformare nu pot fi total-exacte, deoarece ele nu pot admite Vi Vf
primitive, valorile lor depinzând de însasi transformarea termo- Fig. 5.3
dinamica.
[4] În mod uzual, energia interna este formata de suma acelor energii cinetice si potentiale care îsi schimba valorile în transformarile studiate. Spre exemplu, la temperaturi uzuale, energia interna nu include energiile de oscilatie ale atomilor în molecule (aceste oscilatii sunt activate la temperaturi mai înalte) etc.
[5] Spre exemplu, în geometrie se pot alege drept parametri de univocitate pentru “descrierea” unui triunghiu arbitrar: (i) lungimile celor 3 laturi ale triunghiului, (ii) lungimea unei laturi si valorile unghiurilor adiacente, sau alti 3 parametri independenti. În fizica, numarul parametrilor de univocitate depinde de precizia ceruta pentru respectiva evaluare; spre exemplu, densitatea aerului poate fi calculata cu o precizie modesta pornind de la parametrii de univocitate “clasici”: presiunea si temperatura aerului, cu o precizie mai buna daca se adauga parametrilor de univocitate indicati – umiditatea aerului, etc.
[6] Pentru a clarifica problema parametrilor de ordine, consideram un sistem având (doar) 4 particule (molecule) în 2 doua compartimente care comunica între ele. Cele 4 particule pot fi dispuse în cele 2 compartimente în cele doua compartimente în 2 modalitati diferite de ordine totala (v.figura 5.4a), în 8 modalitati diferite de ordine partiala (v.figura 5.4b) si în 6 modalitati diferite de dezordine ______________ ______________ ______________ totala (v.figura 5.4c). Pornind de la probabi- 1 2 1 2 2 3
litatile corespunzând fiecarei stari de ordine 3 4 4
(aici 1/8, ½ si – respectiv – 3/8) se poate 4 3 1
asocia starilor termodinamice un parametru _______________ ______________ _____________ cantitativ numit grad de dezordine (de nede- Fig. 5.4a Fig. 5.4b Fig. 5.4c terminare) sau entropie statistica, care este
parametrul tipic de ordine.
[7] Îndeosebi în licee se utilizeaza frecvent lucrul mecanic efectuat de sistem în afara (exterior): 
[8] Prin conventie, în timp ce dQp>0 si dLp>0 reprezinta energiile primite din exterior, dQp<0 si dLp<0 reprezinta energiile cedate de sistemul termodinamic considerat în exterior, sub forma de caldura si – respectiv – de lucru mecanic.
[9] Evident, faptul ca primul principiu al Termodinamicii a fost obtinut pornind de la alegerea noastra a parametrilor de univocitate nu arata ca acest principiu ar putea fi demonstrat, ci indica numai ca exista o anumita echivalenta a primului principiu al Termodinamicii cu afirmatia ca parametrii externi, numerele de compozitie si parametrii de univocitate ai unui sistem termodinamic, precum si cu defitiile date pentru lucrul mecanic si caldura
joi, 27 mai 2010
Lentile
DEFINITIE
Lentila este un mediu optic marginit de doi dioptri (sferici sau combinatii de dioptri sferici si plani)
ELEMENTELE LENTILEI
Centrele de curbura ale dioptrilor(C1,C2)
Centrul optic al lentilei(O)
Varfurile dioptrilor(V1,V2)
Axa optica principala (C1OC2)
Focarele lentilei
Axa optică principala este axa de simetrie a lentilei, care trece prin centrele de curbură ale suprafeţelor ei. Cînd una dintre suprafeţe este plană, axa optică este acea perpendiculară pe suprafaţa plană care trece prin centrul de curbură al celeilalte suprafeţe.Daca grosimea lentilei este mult mai mica decat razele de curbura ale suprafetelor sferice atunci lentila este considerata subtire
Tipuri de lentile
Exista 2 tipuri de lentile:
-convergente daca transforma un fascicul paralel intr-un fascicul convergent
-divergente daca transforma un fascicul paralel intr-un fascicul divergent
Lentilele convergente
sunt mai subtiri pe margini si mai groase in zona centrului
a)Biconvexa
b)Plan convexa
c)Menisc convergent
Lentilele divergente
sunt mai subtiri la mijloc si mai groase la margini
d)Biconcava
e)Plan concava
f)Menisc divergent
FOCARELE LENTILEI
Focarul obiect (F1) este punctul de pe axa optica principala de la care razele pornesc divergent si dupa emergenta se propaga paralel cu axa optica,imaginea fiind situata la infinit
Focarul imagine (F2) este punctul de pe axa optica principala in care se strang razele (sau prelungirile lor) provenite de la un fascicul paralel cu axa
Focarele lentilei convergente sunt reale
Focarele lentilei divergente sunt virtuale
OBSERVATIE: FOCARELE UNEI LENTILE SE GASESC DE O PARTE SI DE ALTA A LENTILEI LA EGALA DISTANTA DE ACEASTA.
Constructia imaginilor
Pentru a construi imaginea data de o lentila unui obiect se folosesc 3 raze al caror drum este cunoscut:
O raza incidenta care trece prin focarul obiect dupa ce traverseaza lentila devine paralela cu axa optica principala;
O raza incidenta paralela cu raza optica principala dupa ce traverseaza lentila trece prin focarul imagine;
O raza incidenta care trece prin centrul optic ramane nedeviata.
OBSERVATIE: LENTILELE CONVERGENTE POT FORMA ATAT IMAGINI REALE, CAT SI IMAGINI VIRTUALE ALE OBIECTELOR REALE
LENTILELE DIVERGENTE POT FORMA NUMAI IMAGINI VIRTUALE ALE OBIECTELOR REALE
Lentila convergenta
Lentile divergente
Optica geometrica
Optica geometrica
Dioptrul sferic
Prima relatie fundamentala
A doua relatie fundamentala
Oglinzi sferice
Prima relatie fundamentala
A doua relatie fundamentala
Lentile sferice
Prima relatie fundamentala
A doua relatie fundamentala
Dioptrul sferic
Prima relatie fundamentala
A doua relatie fundamentala
Oglinzi sferice
Prima relatie fundamentala
A doua relatie fundamentala
Lentile sferice
Prima relatie fundamentala
A doua relatie fundamentala
Sinoptica
Ce este Analiza Tranzactionala ?
Teorie a personalitatii
Teorie a comunicarii intra si inter-umane (convietuirea)
Teorie a psihopatologiei umane
Instrument de lucru in managementul si marketingul avansat
Filosofia AT
Individul uman este cel care decide asupra propriului sau destin iar deciziile sale pot fi schimbate de el insusi. Toti oamenii au capacitatea de-a gandi. Oamenii sunt OK (Steward si Joines). Postulatul fundamental este acela ca NOI, adica TU si EU avem valoare, importanta si demnitate ca fiinte umane.
Conceptele cheie ale AT
STARILE EULUI (Modelul structural PAC dupa Josien)
L Parintele (normativ si vigilent sau afectiv) - norma sociala
K Adultul (ferm dar flexibil in logica faptelor) - gandirea si viata asa cum o experimentam noi insine
K Copilul (liber sau spontan, adaptat obedient respectiv rebel) - sentimentul, emotia si visarea. Observam si Copilul Adaptat Pozitiv (OK) sau Negativ (non OK) respectiv Copilul Liber Pozitiv sau Negativ.
Patologia modelului structural PAC
Ocluzarea uneia dintre SE in favoarea celorlalte intre limitele carora subiectul ramane cantonat. Reprezentativa este situatia unde Eul Copil este proscris. De el asadar nu mai ascultam niciodata.
Contaminarea Adultului prin Parinte (prejudecatile si generalizari), Adultului prin Copil (superstitiile) respectiv Adultului prin Parinte si prin Copil (idei beligerante insa utopiste)
STROKE (semnul con-semn)
Oamenii comunica unii prin altii pentru ca nu suporta anonimatul. Nevoia de-a fi validat social ori metafizic este abisala, permanenta si devastatoare.
Categoriile Stroke
Pozitiv (a)conditionat
Negativ (a)conditionat.
TRANZACTIILE (2-directionalitate) (unitati de baza ale discursului social)
Tranzactia = stimul tranzactional + raspuns tranzactional
Tranzactia simpla - negocierea (diagrama SE)
Tranzactia paralela sau complementara - vectorii tranzactionali (directia schimbului de mesaje) sunt paraleli iar starea eului vizata de vectorul stimul este cea din care pleaca vectorul raspuns.
1-a regula a comunicarii - in TP comunicarea poate continua pe infinit (armonia perena).
A 2-a regula a comunicarii - in TJ comunicarea apare entorsata (socul sau deruta ori surpriza) unul dintre parteneri trebuind sa adopte alta SE - Tranzactia Jonctionala (raptuala).
Tranzactia Ascunsa ori duala (gonica) - Mesajul Aparent e transmis la nivel social si cel mai adesea e de tip A-A iar Mesajul Camuflat este transmis la nivel psihologic fiind ca regula de tip P-C sau C-P. Atunci cand lansam un stimul tranzactional nu putem niciodata sa ne determinam partenerul sa mearga intr-o anumita stare a Eului dar e posibila inducerea unui raspuns pornind din aceasta SE.
A treia regula a comunicarii - comportamentul care rezulta dintr-o tranzactie dubla este determinat la nivelul psihologic al comunicarii si nu la nivelul social al acesteia. Eric Berne a spus determina ci nu poate determina lasand astfel un vast loc pentru a realiza ca tot ce se intampla in relalitate este intotdeauna rezultatul mesajului ascuns. Mesajul Social este reprezentat de cuvinte iar Mesajul Ascuns de indicatorii comunicarii paraverbale (mimica si pantomimica).
Orice tranzactie comporta nivelul MS respectiv MA insa in TA ele sunt pe pozitii antagonice.
Optiunile tranzactionale - Sthephen Karpman
Una din doua sau ambele SE trebuie schimbate (esential)
E nevoie de TJ (esential)
Subiectul conversatiei trebuie schimbat (facultativ)
Subiectul precedent se cere abandonat (facultativ)
STRUCTURAREA TIMPULUI
Dorinta de restructurare raspunde la nevoile umane de senzatii, recunoastere si de structura.
Se cunosc 4 categorii de baza si 2 cazuri limita
- Retinerea - starea extrema (ruminatii solitare)
- Ritualul - degmentarea totala a riscului social (schimburile de informatii nu sunt intense iar comportamentele sunt previzibile) (salutul si interpelarea sunt algoritmice)
-Tragerea de timp - strok stereotip (precolocviul)
- Activitatea - program neutru impus din exteriorul interlocutorilor (judecarea si valorizarea faptelor)
- Jocurile - serii de tranzactii ascunse, iterative. Pot fi simulate ori asumate rolurile de Persecutor, Victima sau Salvator.
Schema cadru a unui joc
Amorsare + Punct slab = Raspuns + Lovitura de teatru + Moment de confuzie + Beneficiu psihologic negativ
- Intimitatea - comunicarea biflancata (reconfortanta si fara bariere defensive) (Copil Liber - Copil Liber)
INTEMPERIILE COMUNICARII
Simbioza - unuia dintre parteneri ii lipseste una sau doua SE pe care le exercita prin celala..
Telefonul
Un telefon este compus dintr-un emitator, un receptor si un disc sau un mecanism dotat cu butoane pentru formarea numerelor. Emitatorul transforma sunetul intr-un curent electric fluctuant, pe cand receptorul retransforma acel curent in sunet. Telefonul poate functiona datorita deplasarii sunetului prin aer sub forma de unde. Cuvintele sunt transportate de ele prin aerul miscat de corzile vocale. Aceste unde sonore exercita o forta destul de mare pentru a indoi usor a folie subtire de metal. Diafragma de metal revine la pozitia initiala dupa trecerea sunetului. Astfel, ea vibreaza dupa modelul undelor de sunet. Un emitator e format dintr-o asemenea diafragma mica de metal ce acopera o camaruta cu granule de carbon. Un curent electric trece constant prin ea si prin carbon.
Cand granulele sunt strans lipite, ele permit unei cantitati mai mare de curent electric sa treaca decat daca sunt mai rasfirate. Cand un val de unde sonore preseaza pe diafragma, ea comprima carbonul si foarte mult curent isi face loc. Apoi, cand folia metalica revine in pozitia initiala, curentul revine si el la normal. Astfel, intensitatea lui depinde de undele provocate de voce, variatiile reprezentand replica electrica a vorbirii.
Acest curent electric fluctuant se deplaseaza catre receptorul telefonului. Inauntrul partii sale superioare este o sonerie intre un magnet permanent si o bobina. Atasata de sonerie e o diafragma de plastic. Cand variatiile curentului trec prin bobina, devine un electromagnet. Variatia atractiei magnetului asupra soneriei determina diafragma sa vibreze, transmitand unde sonore auzite ca voci umane.
A treia parte din care e alcatuit telefonul este discul sau mecanismul dotat cu butoane care permite utilizatorilor sa comunice aparatului si centralei unde doresc sa apeleze. Formarea se efectueaza prin transmiterea unei serii de pulsatii centralei. De exemplu, pentru cifra 9, curentul e intrerupt de noua ori, pentru 8 de opt ori etc.
Cand este format un numar, pulsatiile se deplaseaza prin cabluri de cupru ce leaga aparatul de o centrala telefonica locala. Acolo, aceste coduri sunt descifrate si legatura este facuta cu linia telefonica dorita.
Exista mai multe tipuri de centrale telefonice: cea mai veche, acum aproape total inlocuita, e cea electromagnetica cu bare transversale, in cadrul careia un strat de bare transversale, conductoare de curent, e asezat orizontal si separat cu cateva miimi de inch de un strat similar, asezat vertical. Electromagnetii declansati de impulsurile codificate misca bara potrivita, creand un circuit intre conexiunile emise si primite.
Un alt tip, mult mai comun, e centrala electonica, care nu contine parti mobile, ci panouri cu circuite complexe, conexiunile fiind stabilite de tranzistori a caror rezistenta e schimbata de impulsurile primite.
Cel mai modern model de centrala este cea digitala. Semnalele primite de la un post telefonic sunt intai transformate in modele digitale de pulsatii. Acestea sunt trimise in ceea ce e, in esenta, un imens computer. Pe baza lor, reteaua de circuite gaseste cea mai scurta si mai putin incarcata ruta pentru a efectua conexiunile.
Dupa parerea mea, poate subiectiva, deoarece sunt o impatimita a telefonului, acesta mi se pare una dintre cele mai utile inventii umane, el aproape anuland distantele dintre oameni si asigurand comunicarea din si catre oricare colt al lumii in doar cateva secunde. Prin intermediul sau si al internetului, cu care se afla in stransa legatura, se comunica vesti foarte importante, se asigura comunicarea intre oameni, eficient si fara risipa de timp si energie si pur si simplu se intretin relatiile de prietenie atat de necesare omului, fiinta sociala, pe tot parcursul vietii....
Abonați-vă la:
Postări (Atom)