1. 2-2
ΘΕΡΜΟΔΤΝΑΜΙΚΟ ΢Τ΢ΣΗΜΑ
Γενικά, ςφςτημα είναι ζνα τμιμα
του
φυςικοφ
κόςμου
που
διαχωρίηεται από τον υπόλοιπο
κόςμο με πραγματικά ι νοθτά
τοιχώματα
Ο υπόλοιποσ
αποτελεί το
ςυςτιματοσ.
φυςικόσ κόςμοσ
περιβάλλον του
Mονωμζνο αν τα τοιχώματα του
δοχείου δεν επιτρζπουν τθ
μεταφορά κερμότθτασ από το
αζριο προσ το περιβάλλον ι
αντίςτροφα.
΢τθν περίπτωςθ που για τθν περιγραφι του χρθςιμοποιοφνται
και κερμοδυναμικά μεγζκθ, όπωσ κερμότθτα, κερμοκραςία,
εςωτερικι ενζργεια και άλλα, το ςφςτθμα χαρακτθρίηεται
θερμοδυναμικό.

2. 2-2
2-3
ΘΕΡΜΟΔΤΝΑΜΙΚΟ ΢Τ΢ΣΗΜΑ
Ι΢ΟΡΡΟΠΙΑ ΘΕΡΜΟΔΤΝΑΜΙΚΟΤ ΢Τ΢ΣΗΜΑΣΟ΢
Για να περιγραφεί ζνα κερμοδυναμικό ςφςτθμα χρειάηεται να γνωρίηουμε
κάποια ςτοιχεία του.
Για παράδειγμα, οριςμζνθ ποςότθτα αερίου που βρίςκεται ςε ζνα δοχείο
μπορεί να περιγραφεί αν γνωρίηουμε τον όγκο του, τθ κερμοκραςία του και
τθν πίεςι του
Σα ςτοιχεία αυτά ονομάηονται κερμοδυναμικζσ μεταβλθτζσ.
Οι δφο ποςότθτεσ που είναι ικανζσ για τθν περιγραφι τθσ κατάςταςθσ
οριςμζνθσ ποςότθτασ αερίου αποτελοφν τισ ανεξάρτθτεσ κερμοδυναμικζσ
μεταβλθτζσ του ςυςτιματοσ.
Όταν ς’ ζνα θερμοδυναμικό ςφςτθμα οι κερμοδυναμικζσ μεταβλθτζσ που
το περιγράφουν διατθροφνται ςτακερζσ με το χρόνο, το ςφςτθμα
βρίςκεται ςε κατάςταςθ θερμοδυναμικήσ ιςορροπίασ.

3. 2-2
2-3
ΘΕΡΜΟΔΤΝΑΜΙΚΟ ΢Τ΢ΣΗΜΑ
Ι΢ΟΡΡΟΠΙΑ ΘΕΡΜΟΔΤΝΑΜΙΚΟΤ ΢Τ΢ΣΗΜΑΣΟ΢
Mια ποςότθτα αερίου βρίςκεται ςε κατάςταςθ κερμοδυναμικισ
ιςορροπίασ - ι απλά ιςορροπίασ - όταν θ πίεςθ (p), θ πυκνότθτα (ρ) και θ
κερμοκραςία του (Σ) ζχουν τθν ίδια τιμι ςε όλθ τθν ζκταςθ του αερίου.
Η κατάςταςθ κερμοδυναμικισ ιςορροπίασ ενόσ
ςυςτιματοσ μπορεί να παραςτακεί γραφικά με
ζνα ςθμείο. Ζνα ςφςτθμα που δε βρίςκεται ςε
ιςορροπία δεν παριςτάνεται γραφικά.

4. 2-2
ΘΕΡΜΟΔΤΝΑΜΙΚΟ ΢Τ΢ΣΗΜΑ
2-4
ΑΝΣΙ΢ΣΡΕΠΣΕ΢ ΜΕΣΑΒΟΛΕ΢
Αντιςτρεπτι ονομάηεται εκείνθ θ μεταβολι κατά τθν οποία υπάρχει θ
δυνατότθτα επαναφοράσ του ςυςτιματοσ και του περιβάλλοντοσ ςτθν
αρχικι τουσ κατάςταςθ.
Οι μεταβολζσ ςτθ φφςθ δεν είναι αντιςτρεπτζσ

5. 2-2
ΘΕΡΜΟΔΤΝΑΜΙΚΟ ΢Τ΢ΣΗΜΑ
2-4
ΑΝΣΙ΢ΣΡΕΠΣΕ΢ ΜΕΣΑΒΟΛΕ΢
Μια τζτοια εξιδανικευμζνθ μεταβολι κατά τθν οποία ζνα ςφςτθμα μεταβαίνει
από μια αρχικι κατάςταςθ ςε μια τελικι μζςω διαδοχικών καταςτάςεων
ιςορροπίασ κα τθν ονομάηουμε αντιςτρεπτι. Μια τζτοια μεταβολι είναι
δυνατόν να πραγματοποιθκεί και αντίςτροφα.
Μια αντιςτρεπτι μεταβολι παριςτάνεται γραφικά με μια ςυνεχι γραμμι. Οι
μθ αντιςτρεπτζσ μεταβολζσ δε μποροφν να παραςτακοφν γραφικά

6. 2-5
ΕΡΓΟ ΠΑΡΑΓΟΜΕΝΟ ΑΠΟ ΑΕΡΙΟ ΚΑΣΑ ΣΗ
ΜΕΣΑΒΟΛΩΝ ΟΓΚΟΤ
W
p
F
A
F Δx
ΔΙΑΡΚΕΙΑ
W
ι
F
pA
p A Δx
A Δx
V
W
p V
Σο ζργο ενόσ αερίου ςε μια
αντιςτρεπτι
μεταβολι
είναι
αρικμθτικά ίςο με το εμβαδόν τθσ
επιφάνειασ από τθν γραμμι του
διαγράμματοσ μζχρι τον άξονα V,
ςτο διάγραμμα p-V.

7. 2-6
ΘΕΡΜΟΣΗΣΑ
H ενζργεια που μεταφζρεται λόγω τθσ διαφοράσ κερμοκραςίασ δφο ςωμάτων
ονομάηεται κερμότθτα και ςυμβολίηεται με Q.
Προςοχι: Η κερμότθτα δεν πρζπει να ςυγχζεται με τθ κερμοκραςία. Η
κερμότθτα είναι ενζργεια ενώ θ κερμοκραςία είναι το μζγεκοσ που επινοιςαμε
για να μετράμε αντικειμενικά πόςο ηεςτό ι κρφο είναι ζνα ςώμα.
2-7
Ε΢ΩΣΕΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ
Κάκε ςώμα εμπεριζχει ενζργεια, που είναι το άκροιςμα των ενεργειών των
ςωματιδίων που το απαρτίηουν, ωσ αποτζλεςμα τθσ ςχετικισ τουσ κίνθςθσ ωσ
προσ το κζντρο μάηασ του ςώματοσ και των αλλθλεπιδράςεων μεταξφ τουσ.
Αυτι τθν ενζργεια τθν ονομάηουμε εςωτερικι ενζργεια.

8. 2-7
Ε΢ΩΣΕΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ
Η εςωτερικι ενζργεια ιδανικοφ αερίου
1
m
2
U
2
3
kT
2
1
N m
2
3
N kT
2
2
N
nN A
U
3
nN A kT
2
NA k=R
U
3
nRT
2
H εςωτερικι ενζργεια οριςμζνθσ ποςότθτασ ιδανικοφ αερίου εξαρτάται μόνο από
τθ κερμοκραςία του.

9. 2-7
Ε΢ΩΣΕΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ
Η εςωτερικι ενζργεια ιδανικοφ αερίου
Η μεταβολι τθσ εςωτερικισ ενζργειασ ενόσ κερμοδυναμικοφ
ςυςτιματοσ εξαρτάται μόνο από τθν αρχικι και τθν τελικι
κατάςταςθ του ςυςτιματοσ και όχι από τον τρόπο που
πραγματοποιικθκε θ μεταβολι.

10. ΠΡΩΣΟ΢ ΘΕΡΜΟΔΤΝΑΜΙΚΟ΢ ΝΟΜΟ΢
Q
U W
Σο ποςό κερμότθτασ (Q) που απορροφά ι αποβάλλει ζνα
κερμοδυναμικό ςφςτθμα είναι ίςο με το αλγεβρικό
άκροιςμα τθσ μεταβολισ τθσ εςωτερικισ του ενζργειασ και
του ζργου που παράγει ι δαπανά το ςφςτθμα.
Αν το ςφςτθμα απορροφά κερμότθτα, το Q ςτθν ςχζςθ (2.6) είναι κετικό, αν
αποβάλλει κερμότθτα είναι αρνθτικό. Η μεταβολι τθσ εςωτερικισ ενζργειασ είναι
κετικι όταν αυξάνει θ κερμοκραςία του ςυςτιματοσ και αρνθτικι όταν μειώνεται.
Σο ζργο του αερίου είναι κετικό όταν το αζριο εκτονώνεται και αρνθτικό όταν
ςυμπιζηεται.

11. ΠΡΩΣΟ΢ ΘΕΡΜΟΔΤΝΑΜΙΚΟ΢ ΝΟΜΟ΢
2-9
ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΣΟΤ ΠΡΩΣΟΤ ΘΕΡΜΟΔΤΝΑΜΙΚΟΤ ΝΟΜΟΤ
΢Ε ΕΙΔΙΚΕ΢ ΠΕΡΙΠΣΩ΢ΕΙ΢
Α) Ιςόκερμθ αντιςτρεπτι μεταβολι
W
nRT ln
V
V
Q
W
΢τθν ιςόκερμθ εκτόνωςθ όλο το ποςό κερμότθτασ που απορροφά το αζριο
μετατρζπεται ςε μθχανικό ζργο.

12. Προαπαιτοφμενεσ Γνώςεισ

13. Προαπαιτοφμενεσ Γνώςεισ

14. ΠΡΩΣΟ΢ ΘΕΡΜΟΔΤΝΑΜΙΚΟ΢ ΝΟΜΟ΢
2-9
ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΣΟΤ ΠΡΩΣΟΤ ΘΕΡΜΟΔΤΝΑΜΙΚΟΤ ΝΟΜΟΤ
΢Ε ΕΙΔΙΚΕ΢ ΠΕΡΙΠΣΩ΢ΕΙ΢
Β) Ιςόχωρθ αντιςτρεπτι μεταβολι
Q
U
΢τθν ιςόχωρθ κζρμανςθ όλο το ποςό κερμότθτασ που απορρόφθςε το
αζριο χρθςιμοποιικθκε για τθν αφξθςθ τθσ εςωτερικισ του ενζργειασ.

15. ΠΡΩΣΟ΢ ΘΕΡΜΟΔΤΝΑΜΙΚΟ΢ ΝΟΜΟ΢
2-9
ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΣΟΤ ΠΡΩΣΟΤ ΘΕΡΜΟΔΤΝΑΜΙΚΟΤ ΝΟΜΟΤ
΢Ε ΕΙΔΙΚΕ΢ ΠΕΡΙΠΣΩ΢ΕΙ΢
Γ) Ιςοβαρισ αντιςτρεπτι μεταβολι
W
pV
W
nR T
Q
U
V
Ta
pV
V
΢τθν ιςοβαρι κζρμανςθ ζνα μζροσ από το ποςό κερμότθτασ που απορρόφθςε
το αζριο από το περιβάλλον χρθςιμοποιικθκε για τθν αφξθςθ τθσ εςωτερικισ
του ενζργειασ και το υπόλοιπο αποδόκθκε εκ νζου ςτο περιβάλλον με τθ
μορφι ζργου.

16. ΠΡΩΣΟ΢ ΘΕΡΜΟΔΤΝΑΜΙΚΟ΢ ΝΟΜΟ΢
2-9
ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΣΟΤ ΠΡΩΣΟΤ ΘΕΡΜΟΔΤΝΑΜΙΚΟΤ ΝΟΜΟΤ
΢Ε ΕΙΔΙΚΕ΢ ΠΕΡΙΠΣΩ΢ΕΙ΢
Δ) Αδιαβατικι μεταβολι
Αδιαβατικι ονομάηουμε τθ μεταβολι κατά τθν
οποία δε ςυντελείται μεταφορά κερμότθτασ από
το περιβάλλον προσ το ςφςτθμα ι αντίςτροφα.
pV
0
U W
W
U
αθ.
΢τθν αδιαβατικι μεταβολι το ζργο είναι ίςο με το
αντίκετο τθσ μεταβολισ τθσ εςωτερικισ ενζργειασ.

17. ΠΡΩΣΟ΢ ΘΕΡΜΟΔΤΝΑΜΙΚΟ΢ ΝΟΜΟ΢
2-9
ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΣΟΤ ΠΡΩΣΟΤ ΘΕΡΜΟΔΤΝΑΜΙΚΟΤ ΝΟΜΟΤ
΢Ε ΕΙΔΙΚΕ΢ ΠΕΡΙΠΣΩ΢ΕΙ΢
Δ) Αδιαβατικι μεταβολι
W
pV
1
p Va

18. ΠΡΩΣΟ΢ ΘΕΡΜΟΔΤΝΑΜΙΚΟ΢ ΝΟΜΟ΢
2-9
ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΣΟΤ ΠΡΩΣΟΤ ΘΕΡΜΟΔΤΝΑΜΙΚΟΤ ΝΟΜΟΤ
΢Ε ΕΙΔΙΚΕ΢ ΠΕΡΙΠΣΩ΢ΕΙ΢
Ε) Κυκλικι αντιςτρεπτι μεταβολι
Σο ολικό ζργο ςε μια κυκλικι αντιςτρεπτι μεταβολι είναι ίςο με το εμβαδόν
που περικλείεται από τθ γραμμι του διαγράμματοσ, ςτθ γραφικι παράςταςθ
p-V.
Q
W
΢τθν κυκλικι μεταβολι θ κερμότθτα που απορροφά ι αποδίδει το αζριο
ιςοφται με το ζργο που παράγει ι δαπανά.