שיעור ראשון תרמודינמיקה

1. ‫ה‬ ָ‫יק‬ ִ‫ָמ‬‫נ‬‫י‬ ִ‫רמֹוד‬ ֶ‫ת‬
‫שיעור‬
1
‫גלבוע‬ ‫קוד‬:131028
‫ְסֹוד‬‫י‬ ‫גי‬ ָ‫מּוש‬

2. ‫תרמודינמיקה‬ ‫מהי‬?
‫העוסק‬ ‫מדע‬‫בדרכים‬‫בהן‬‫אנרגיה‬
‫גוף‬ ‫בתוך‬ ‫מאוחסנת‬.
‫מתבצעת‬ ‫אנרגיה‬ ‫העברת‬
‫באמצעות‬‫נּועות‬ ְ‫ת‬‫חום‬‫ו‬‫עבודה‬.
‫האנרגיה‬ ‫שימור‬ ‫חוק‬–‫אנרגיה‬‫לא‬‫נוצרת‬
‫נעלמת‬ ‫ולא‬,‫מסוג‬ ‫צורה‬ ‫משנה‬ ‫היא‬‫אחד‬ ‫אנרגיה‬‫לסוג‬
‫שונה‬.

3. ‫וגבולות‬ ‫סביבה‬ ‫מערכת‬
•‫מערכת‬(System):‫מוגדר‬ ‫חלל‬ ‫או‬ ‫חומר‬ ‫של‬ ‫כמות‬.
•‫סביבה‬(Surrounding):‫למערכת‬ ‫מחוץ‬ ‫המצוי‬ ‫אזור‬ ‫או‬ ‫מסה‬.
•‫המערכת‬ ‫גבולות‬(System Boundaries):‫או‬ ‫אמיתי‬ ‫משטח‬
‫לסביבתה‬ ‫המערכת‬ ‫בין‬ ‫המפריד‬ ‫משתנה‬ ‫או‬ ‫קבוע‬ ‫דמיוני‬.

4. ‫מבודדת‬ ‫מערכת‬(Isolated system)
•‫אין‬‫דרך‬ ‫ואנרגיה‬ ‫מסה‬ ‫מעבר‬
‫גבולות‬‫המערכת‬‫שהוגדרו‬.

5. ‫סגורה‬ ‫מערכת‬(Close system)
•‫אין‬‫גבולות‬ ‫דרך‬ ‫מסה‬ ‫מעבר‬‫המערכת‬
•‫מתאפשר‬‫בלבד‬ ‫אנרגיה‬ ‫מעבר‬(‫מבוקרת‬ ‫מסה‬.)

6. ‫פתוחה‬ ‫מערכת‬(Open system)
•‫גבולות‬ ‫דרך‬ ‫עוברים‬ ‫ואנרגיה‬ ‫מסה‬‫המערכת‬(‫מבוקר‬ ‫נפח‬.)

7. ‫מערכת‬ ‫מאפייני‬
•‫מדדים‬‫שינויים‬ ‫המייצגים‬‫נתונה‬ ‫שמערכת‬‫עוברת‬.
–‫יסודית‬ ‫תכונה‬(Intensive Properties):‫ש‬ ‫מדד‬‫אינו‬
‫המערכת‬ ‫במסת‬ ‫תלוי‬.
–‫תכונה‬‫יפה‬ ִ‫ק‬ ַ‫מ‬(Extensive Properties):‫התלוי‬ ‫מדד‬
‫המערכת‬ ‫במסת‬.

8. ‫מערכת‬ ‫מאפייני‬
–‫ית‬ ִ‫גּול‬ ְ‫ס‬ ‫תכונה‬(Specific properties):‫בין‬ ‫יחס‬
‫מסה‬ ‫ליחידת‬ ‫מערכת‬ ‫מאפיין‬.
𝑚3
𝑘𝑔
‫סגולי‬ ‫נפח‬𝑣 =
𝑉
𝑚
𝐽𝑜𝑢𝑙
𝑘𝑔
‫סגולית‬ ‫אנרגיה‬𝑒 =
𝐸
𝑚

9. ‫מצב‬(State)
•‫נתונה‬ ‫בנקודה‬ ‫הנמדדת‬ ‫משתנים‬ ‫סדרת‬.
•‫אחד‬ ‫מאפיין‬ ‫של‬ ‫שינוי‬‫מספיק‬‫שינוי‬ ‫להגדיר‬ ‫כדי‬
‫ה‬ ‫במצב‬-‫מערכת‬.

10. ‫לנקודה‬ ‫מצב‬ ‫משוואת‬
P–‫לחץ‬
Pa =
N
m2
V–‫נפח‬m3
m–‫מסה‬kg
R–‫הגז‬ ‫קבוע‬
Joul
kg ∙ °K
T-‫טמפרטורה‬°K
TRmVP 

11. ‫שיווי‬‫משקל‬(Equilibrium)
•‫שונים‬ ‫מצבים‬ ‫בין‬ ‫איזון‬,‫לא‬‫מניעים‬ ‫כוחות‬ ‫נוצרים‬.
–‫תרמי‬ ‫משקל‬ ‫שיווי‬–‫טמפרטורות‬ ‫הפרשי‬ ‫אין‬‫מצבים‬ ‫בין‬
‫מערכת‬ ‫של‬ ‫שונים‬.
–‫מכני‬ ‫משקל‬ ‫שיווי‬–‫לחצים‬ ‫הפרשי‬ ‫אין‬‫שונים‬ ‫מצבים‬ ‫בין‬
‫מערכת‬ ‫של‬.
–‫פיזי‬ ‫משקל‬ ‫שיווי‬–‫אחד‬ ‫צבירה‬ ‫במצב‬ ‫נמצאת‬ ‫המערכת‬
‫ו‬‫מסה‬ ‫הפרשי‬ ‫אין‬‫המערכת‬ ‫של‬ ‫שונים‬ ‫מצבים‬ ‫בין‬.
–‫כימי‬ ‫משקל‬ ‫שיווי‬–‫חלקי‬ ‫בין‬ ‫כימיות‬ ‫תגובות‬ ‫אין‬
‫המערכת‬.

12. ‫תהליך‬(Processes)
•‫התחלתי‬ ‫משקל‬ ‫שיווי‬ ‫ממצב‬ ‫מאפיין‬ ‫בערך‬ ‫שינוי‬(Initial)
‫למצב‬‫סופי‬ ‫משקל‬ ‫שיווי‬(Final).
‫קבוע‬ ‫משתנה‬ ‫תהליך‬
‫לחץ‬ ‫איזוברי‬
‫טמפרטורה‬ ‫איזותרמי‬
‫נפח‬ ‫איזוכורי‬
‫אנטרופיה‬* ‫איזונטרופי‬

13. ‫מצב‬ ‫משוואת‬‫נקודות‬ ‫שתי‬ ‫בין‬
P–‫לחץ‬
Pa =
N
m2
V–‫נפח‬m3
T-‫טמפרטורה‬°K
'1'–‫התחלה‬ ‫נקודת‬(Initial)
'2'–‫סיום‬ ‫נקודת‬(Final)
2
22
1
11
T
VP
T
VP 



14. ‫הפיך‬ ‫תהליך‬(Reversible Process)
•‫הכיוונים‬ ‫בשני‬ ‫לביצוע‬ ‫הניתן‬ ‫תהליך‬,‫שבסיומו‬ ‫כך‬
‫שהיו‬ ‫כפי‬ ‫נותרות‬ ‫והסביבה‬ ‫המערכת‬ ‫תכונות‬
‫התהליך‬ ‫בתחילת‬.
•‫ה‬‫אפשרי‬ ‫תהליך‬‫כאשר‬‫אין‬‫עבודה‬ ‫או‬ ‫חום‬ ‫חילופי‬
‫הסביבה‬ ‫עם‬.

15. ‫בלתי‬ ‫תהליך‬‫הפיך‬(Irreversible Process)
•‫ולחזור‬ ‫ההפוך‬ ‫בכיוון‬ ‫אותו‬ ‫לבצע‬ ‫אפשר‬ ‫שאי‬ ‫תהליך‬
‫התהליך‬ ‫ביצוע‬ ‫לפני‬ ‫למערכת‬ ‫שהיו‬ ‫תכונות‬ ‫לאותן‬.

16. ‫איזוברי‬ ‫תהליך‬
•‫שבו‬ ‫תהליך‬‫הלחץ‬P‫נשאר‬‫קבוע‬.
https://www.youtube.com/watch?v=CEBoFGkNaFQ
‫טל‬ ‫סי‬ ַ‫ַח‬‫י‬"‫נ‬(‫טמפרטורה‬,‫לחץ‬,‫נפח‬)
2
22
1
11
T
VP
T
VP 


21 PP 
1
2
1
2
V
V
T
T

‫קבוע‬ ‫גורם‬:

17. ‫איזוכורי‬ ‫תהליך‬
•‫שבו‬ ‫תהליך‬‫הנפח‬V‫נשאר‬‫קבוע‬.
https://www.youtube.com/watch?v=ok_y-hPuDHs
‫טל‬ ‫סי‬ ַ‫ַח‬‫י‬"‫נ‬(‫טמפרטורה‬,‫לחץ‬,‫נפח‬)
2
22
1
11
T
VP
T
VP 


21 VV 
1
2
1
2
P
P
T
T

‫קבוע‬ ‫גורם‬:

18. ‫איזותרמי‬ ‫תהליך‬
•‫שבו‬ ‫תהליך‬‫הטמפרטורה‬T‫קבועה‬ ‫נשארת‬.
https://www.youtube.com/watch?v=7doEaDtJtFs

19. ‫איזותרמי‬ ‫תהליך‬
‫טל‬ ‫סי‬ ַ‫ַח‬‫י‬"‫נ‬(‫טמפרטורה‬,‫לחץ‬,‫נפח‬)
2
22
1
11
T
VP
T
VP 


21 TT 
1
2
2
1
2211
V
V
P
P
VPVP


‫קבוע‬ ‫גורם‬:

20. ‫אדיאבטי‬ ‫תהליך‬
•‫תהליך‬‫מבודד‬‫מעבר‬ ‫מאפשר‬ ‫שאינו‬‫אל‬ ‫חום‬
‫ממנה‬ ‫או‬ ‫המערכת‬.
https://www.youtube.com/watch?v=V3KJ8nPhtO0

21. ‫אדיאבטי‬ ‫תהליך‬
P∙ Vk = Const
‫טל‬ ‫סי‬ ַ‫ַח‬‫י‬"‫נ‬(‫טמפרטורה‬,‫לחץ‬,‫נפח‬)
k =
CP
Cv
= 1.4
T2
T1
=
P2
P1
k−1
k
T2
T1
=
V1
V2
k−1
P2
P1
=
V1
V2
k
T∙ Vk−1 = Const
T∙ P
k−1
k = Const

22. ‫פולינטרופי‬ ‫תהליך‬
•‫תהליך‬‫הלחץ‬P‫והנפח‬V‫הקשר‬ ‫את‬ ‫מקיימים‬:
P∙ Vn
= Const
‫טל‬ ‫סי‬ ַ‫ַח‬‫י‬"‫נ‬(‫טמפרטורה‬,‫לחץ‬,‫נפח‬)
P∙ Vn = Const
T2
T1
=
P2
P2
n−1
n
T2
T1
=
V1
V2
n−1
P2
P1
=
V1
V2
n
T∙ Vn−1 = Const
T∙ P
n−1
n = Const
‫תהליך‬n
‫איזוברי‬0
‫איזוכורי‬∞
‫איזותרמי‬1
‫אדיאבטי‬𝐶 𝑃
𝐶 𝑣
= 1.4