Proprietăți ale materialelor (termodinamică)

Termodinamică
Schema unei mașini termice Carnot
Ramuri Clasică Statistică Chimică Cuantică de echilibru / de neechilibru
Principii Zero Primul Al doilea Al treilea
Sisteme Izolat Închis Deschis Adiabatic Stare Ecuație de stare Gaz ideal Gaz real Stare de agregare Fază Echilibru radiativ termic Volum de control Instrumente Procese Destindere liberă Izobar Izocor Izotermic Adiabatic exponent Izentropic Izentalpic Politropic Cvasistatic Reversibil Ireversibil disipare Cicluri Carnot Direct Inversat Randament și eficiență Diagrame termodinamice p-V T-s h-s p-h h-x
Propertăți ale sistemelor Notă: Parametri conjugați cu italice Proprietăți intensive și extensive Funcții de proces Lucru mecanic Căldură Funcții de stare Temperatură / Entropie Presiune (internă, parțială) / Volum Potențial chimic / Număr de particule Titlul vaporilor Proprietăți reduse
Proprietăți ale materialelor Baze de date cu proprietăți Capacitate termică masică  ${\displaystyle c=}$ ${\displaystyle T}$ ${\displaystyle \partial S}$ ${\displaystyle N}$ ${\displaystyle \partial T}$ Coeficient de compresibilitate  ${\displaystyle \beta =-}$ ${\displaystyle 1}$ ${\displaystyle \partial V}$ ${\displaystyle V}$ ${\displaystyle \partial p}$ Coeficient de dilatare volumică  ${\displaystyle \alpha =}$ ${\displaystyle 1}$ ${\displaystyle \partial V}$ ${\displaystyle V}$ ${\displaystyle \partial T}$
Ecuații Teorema lui Carnot Teorema lui Clausius Relația fundamentală Legea gazelor ideale Stări corespondente Relațiile Maxwell Relațiile Onsager Ecuațiile Bridgman Tabel cu ecuații termodinamice
Potențiale Energie internă: ${\displaystyle U(S,V)}$ Energie liberă: ${\displaystyle A(T,V)=U-TS}$ Entalpie: ${\displaystyle H(S,p)=U+pV}$ Entalpie liberă: ${\displaystyle G(T,p)=H-TS}$ Entropie liberă
Istorie Cultură Istorie Generală Istoria entropiei Legile gazelor Istoria perpetuum mobilelor Filozofie Entropie și timp Entropie și viață Clichetul brownian Demonul lui Maxwell Paradoxul morții termice Paradoxul lui Loschmidt Sinergetică Teorii Teoria caloricului Forța vie Echivalentul mecanic al caloriei Putere motrice Lucrări fundamentale An Experimental Enquiry Concerning ... Heat On the Equilibrium of Heterogeneous Substances Réflexions sur la puissance motrice du feu Cronologii Termodinamică mașini termice Artă Învățământ Suprafața termodinamică a lui Maxwell Entropia ca disipare a energiei
Personalități Bernoulli Boltzmann Bridgman Carathéodory Carnot Clapeyron Clausius de Donder Duhem Gibbs von Helmholtz Joule Kelvin Lewis Massieu Maxwell von Mayer Nernst Onsager Planck Rankine Smeaton Stahl Tait Thompson van der Waals Waterston
Altele Nucleație Autoasamblare Autoorganizare Ordine și dezordine
Categorie
v d m

Proprietățile termodinamice ale materialelor sunt parametri intensivi, care sunt specifici unui material dat. Fiecare este direct legată de o diferențială de ordinul al doilea a unui potențial termodinamic. Exemple pentru un sistem termodinamic simplu cu un singur component sunt:

• Compresibilitatea (inversa modulului de elasticitate cubică)

• Compresibilitatea izotermică

${\displaystyle \kappa _{T}=-{\frac {1}{V}}\left({\frac {\partial V}{\partial p}}\right)_{T}\quad =-{\frac {1}{V}}\,{\frac {\partial ^{2}G}{\partial p^{2}}}}$

• Compresibilitatea adiabatică

${\displaystyle \kappa _{S}=-{\frac {1}{V}}\left({\frac {\partial V}{\partial p}}\right)_{S}\quad =-{\frac {1}{V}}\,{\frac {\partial ^{2}H}{\partial p^{2}}}}$

• Capacitatea termică masică (Notă - proprietatea intensivă analoagă este capacitatea termică)

• Capacitatea termică masică la volum constant

${\displaystyle c_{v}={\frac {T}{N}}\left({\frac {\partial S}{\partial T}}\right)_{V}\quad =-{\frac {T}{N}}\,{\frac {\partial ^{2}A}{\partial T^{2}}}}$

• Capacitatea termică masică la presiune constantă

${\displaystyle c_{p}={\frac {T}{N}}\left({\frac {\partial S}{\partial T}}\right)_{P}\quad =-{\frac {T}{N}}\,{\frac {\partial ^{2}G}{\partial T^{2}}}}$

• Coeficientul de dilatare termică (volumică)

${\displaystyle \alpha ={\frac {1}{V}}\left({\frac {\partial V}{\partial T}}\right)_{P}\quad ={\frac {1}{V}}\,{\frac {\partial ^{2}G}{\partial p\partial T}}}$

unde p este presiunea, V este volumul, T este temperatura absolută, S este entropia iar N este numărul de particule.

Pentru un sistem cu un singur component, sunt necesare doar trei derivate secundare de ordinul al doilea pentru a obține pe celelalte, prin urmare sunt necesare doar trei proprietăți ale materialelor pentru a le obține pe toate celelalte. Pentru un sistem cu un singur component, cei trei parametri „standard” sunt compresibilitatea izotermică ${\displaystyle \kappa _{T}}$, capacitatea termică masică la presiune constantă ${\displaystyle c_{p}}$ și coeficientul de dilatare termică ${\displaystyle \alpha }$.

De exemplu, următoarele ecuații sunt valabile:

${\displaystyle c_{p}=c_{v}+{\frac {TV\alpha ^{2}}{N\kappa _{T}}}}$

${\displaystyle \kappa _{T}=\kappa _{S}+{\frac {TV\alpha ^{2}}{Nc_{p}}}}$

Cele trei proprietăți „standard” sunt de fapt cele trei derivate de ordinul al doilea posibile ale energiei libere Gibbs în funcție de temperatură și presiune. Mai mult, luând în considerare derivate precum ${\displaystyle {\frac {\partial ^{3}G}{\partial p\,\partial T^{2}}}}$ și relațiile Schwartz aferente, arată că tripletul proprietăților nu este independent. De fapt, o funcție de proprietate poate fi obținută din celelalte două, până la o valoare de stare de referință.^[1]

Principiul al doilea al termodinamicii are implicații asupra semnului unor proprietăți termodinamice precum compresibilitatea izotermică.^[1][2]

Note

1. ^ en S. Benjelloun, "Thermodynamic identities and thermodynamic consistency of Equation of States", Link to Archiv e-print Link to Hal e-print
2. Israel, R. (1979). Convexity in the Theory of Lattice Gases. Princeton, New Jersey: Princeton University Press. doi:10.2307/j.ctt13x1c8g

Bibliografie

• en Callen, Herbert B. (1985). Thermodynamics and an Introduction to Thermostatistics (ed. 2nd). New York: John Wiley & Sons. ISBN 0-471-86256-8. 

Vezi și

• Coeficient de transformare adiabatică
• Mecanică statistică
• Ecuații termodinamice
• Coeficient de transfer termic^⁠(d)
• Căldură latentă

Legături externe

Portal Fizică

• en Dortmund Data Bank - bază de date cu proprietăți termodinamice și termofizice.