رمودینامیك  مبحثی از فیزیك است كه از چگونگی تبدیل انرژی­گرمایی به انرژی­مكانیكی بحث می­كند  به بیان دیگر  از  چگونگی استفاده از حركت رفت­وبرگشتی منابع گرمایی وتبدیل آن  به نوعی حركت­ دورانی یا محوری كه توسط ماشین­گرمایی صورت می­گیرد گفتگو می­كند0

دستگاه­هایی كه گرما را به انرژی­مكانیكی تبدیل می­كنند
ماشین­گرمایی نامیده می­شوند مانند

ماشین­بخار– موتورهای دیزلی - موتورهای بنرینی – موتورجت0

 

كمیت فیزیكی :

هرچیز كه بتوان اندازه­گرفت و یكا داشته­باشد كمیت فیزیكی نامیده­می­شود .

كمیت های  ماكروسكوپیك:

كمیت­هایی مانند فشار- دما- گرما- گرمای ویژه  و ....... كه وضعیت ماده  را در مقیاس بزرگ  توصیف  می­كنند    كمیت­های  ماكروسكوپیك نامیده­می­شوند .

دستگاه ومحیط :

در بررسی مسایل و پدیده­های فیزیكی معمولاً توجه خود را به بخشی از جهان ( یك جسم یا   مجموعه ای از اجسام ) معطوف می­كنیم 0 یعنی تحولات ماده­ی خاصی را كه معمولاً مایع یا گاز است در نظر می­گیریم و این ماده را دستگاه می­نامیم0آنچه در اطراف دستگاه قراردارد و
می­تواند با آن تبادل انرژی داشته­باشد محیط نامیده­می­شود .

مشخصات دستگاه :

كمیت هایی كه در یك  سیستم ( دستگاه ) از طریق آزمایش قابل اندازه گیری باشند مختصات (مشخصات ) دستگاه    نامیده­می­شوند . مانند حجم - فشار  -دما - جرم  كه اگر در مورد یك گاز معلوم  باشد حالت گاز مشخص  است 0

متغیر های ترمودینامیكی :

كمیت های ماكروسكوپیك كه حالت دستگاه را برحسب  آن ها می­توان  توصیف كرد متغیرهای ترمودینامیكی
نامیده­می­شوند. متغیرهای ترمودینامیكی از یك­دیگر مستقل نیستند و با هم رابطه دارند .

معادله ی حالت:

رابطه­ی بین متغیرهای ترمودینامیكی معادله­ی­حالت نامیده­می­شود .

معادله ی حالت گاز كامل :

هنگامی­كه گازها بسیار رقیق­اند معادله­ی حالت آن­ها  ساده و مستقل از نوع گاز است 0 در این حالت  گازكامل نامیده­می­شوند . تعداد مول­ها n    و جرم  مولكولی M  است.

 

" تمرین  :

معادله­ی حالت اكسیژن رقیق به صورت  PV= nRT  است معادله­ی حالت گازكربنیك  رقیق  به چه صورت است؟

" تمرین  :

تعداد مول­های  موجود در    0.16 گرم گاز اكسیژن را  تعیین كنید ( M =  32 g  )

 

" تمرین  :

حجم 8  مول گاز كامل هنگامی كه فشار آن  400  Pa   ودمای آن 300K  است  تعیین كنید

گاز كامل :

گاز كامل  گازی است كه  ذرات آن برهم كنش  ندارند و  معادله ی حالت آن به صورت    PV  =  nRT   می­باشد انرژی درونی  گاز كامل فقط  تابع دما است0

 

فرآیندهای ترمودینامیكی :

تحول­هایی كه در آن­ها دستگاه از یك حالت به حالت دیگر می رود , فرآیندهای  ترمودینامیكی  نامیده­می­شود

&نكته  :

فرآیند ترمودینامیكی درصورتی كامل است كه دستگاه از یك حالت تعادل به حالت تعادل جدید برسد0

حالت تعادل :

دستگاه ( گازی ) كه دما و فشار در تمام نقاط آن یكسان است در حالت تعادل است

حالت ناپایدار :

اگر دما یا فشار در تمام گاز یكسان نباشد حالت گاز پایدار نیست  و مولكول­ها یا اتم­ها از مكان­هایی كه  فشار یا دما بیش­تر است به­جاهایی كه فشاریا دما كم­تر است آنقدر جابه­جا می­شوند تا گاز به حالت تعادل­برسد0

 

فرآیند آرمانی(ایده آل ) :

 

برای بررسی  رفتارهای گاز  با  استفاده از علم ترمودینامیك باید فرآیند ( مثلا مبادله گرما یا كار  )  با دستگاه  را آنقدر آهسته انجام دهیم كه گاز در هرلحظه به­حالت تعادل بسیار نزدیك باشد  ودر نتیجه متغیرهای  ترمودینامیكی در حین فرآیند در همه جا یكسان ومقدار  مشخصی داشته­باشند0

 

&نكته  :

 

در این صورت با معلوم­بودن متغیرهای ترمودینامیكی
می­توان  همه­ی مراحل فرآیند را در نمودارهای (P - V ) یا
( P - T )  یا (V - T  ) نمایش  داد0

 

&نكته  :

 

هنگامی كه دوكمیت از سه­كمیت   ( T -  V -  P )مشخص باشند می­گوییم حالت دستگاه مشخص­است.

 

مسیرفرآیند :

 

عبارت­است از مجموعه حالت­هایی كه یك­سیستم
(دستگاه ) در حین تحول از یك حالت ابتدایی به یك حالت نهایی به خود می­گیرد0

 

تبادل انرژی :

 

تبادل انرژی بین محیط ودستگاه از طریق كار و گرما صورت می­گیرد0

 

گرما  :

 

گرما انرژی است كه به علت اختلاف دما بین دو جسم مبادله می­شود 0 به عبارت دیگر گرما هنگامی بین دو محیط مبادله می­شود كه با هم اختلاف دما داشته­باشند.

 

قرارداد : ( علامت گرما  در كتاب فیزیك3 )

 

بنا به­قرارداد گرمایی را كه دستگاه می­گیرد با علامت مثبت و گرمایی كه دستگاه از دست می دهد با علامت منفی  نشان  می­دهیم.

 

منبع گرما:

 

جسمی است كه اگرگرما از دست­بدهد یا  گرما بگیرد دمای آن به­طور قابل ملاحظه­ای تغییرنكند. 0

 

مبادله ی كار  :

 

در فرآیندهای ترمودینامیكی كه گاز  متراكم یا منبسط می­شود كار مبادله می­شود  به­عبارت دیگر تبادل انرژی  بین دستگاه و محیط از طریق كار صورت می­گیرد0

 

علامت كار

:

W´ كاری­كه دستگاه روی محیط انجام می­دهد قرینه­ی
كار (W) است­ كه محیط روی دستگاه انجام­می­دهد
( W= -W´ )

 

نكته  :

 

در تراكم كاری كه  دستگاه  دریافت  می كند (W    > 0  )

درانبساط كاری كه  دستگاه  دریافت  می كند (W  < 0 )

" تمرین  :

 

گازی را متراكم می­كنیم  علامت W    و  W´ را تعیین­كنید 0

&نكته  :

در حین فرآیند ترمو دینامیكی دستگاه و محیط به ترتیب نیروها یF′   و  F   را بر یك دیگر وارد می­كنند كه كنش و واكنش  یك­دیگرند 0هنگامی­كه  تراكم یا انبساط صورت می­گیرد در یك جابه­جایی معین­كار این نیروها قرینه­ی 
یك­دیگر می­شود.

&نكته  :

درصورتی كه فرآیند آرمانی باشد بامعلوم بودن متغیرهای  ترمودینامیكی می توان همه­ی مراحل فرآیند را در     نمودارهای  ( P – V )  یا   (    (  P - T   یا (    (  V  -  T   نمایش داد

" تمرین  :

حجم یك مول  گاز كامل   5 lit    است در حجم ثابت  دمای آن را از 300 K   به 400 K   می‌رسانیم  نمودار  P - V  را برای آن رسم كنید .

" تمرین  :

در مثال قبل  نمودارهای P - T   ,   V - T    را رسم كنید .

" تمرین  :

حجم 10 mol  گاز كامل را كه  نمودار  ( P- T  ) آن داده شده است در نقطه ی  a تعیین­كنید

محاسبه ی كار به كمك نمودار :

 

سطح زیر نمودار ( P-V ) برابر كار مبادله شده است اگر تراكم داشته باشیم ( W > 0 ) و اگر افزایش حجم (انبساط) داشته باشیم ( W < 0 )

" تمرین  :

در نمودارهای زیر كاری را كه روی دستگاه انجام می­شود محاسبه كنید

انرژی درونی :

 

انرژی­درونی  یك­ماده  با مجموع انرژی­های  مولكول­های تشكیل دهنده­ی آن­ماده برابراست 0 به­طور دقیق­تر می­توان­ گفت كه انرژی درونی با مجموع انرژی­های جنبشی و پتانسیل مولكول­های آن ماده برابر است . انرژی درونی  گاز كامل  فقط تابع دمای مطلق است 0

 

توجه‼:

 

انرژي دروني گاز كامل  تك اتمي : انرژي دروني  گاز كامل تك اتمي  از     رابطه ي زير به دست مي آيد :

U = 3 /2 nRT

توجه‼:

 

انرژي دروني  گاز كامل دو  اتمي از رابطه ي زير به دست مي آيد

U =  5/2 nRT