2. Organizarea sarcinilor de lucru 232 3. Topicul 1 Sisteme, mărimi și procese termodinamice. Temperatura, energia internă, căldura 233 4. Exemplu… [607799]

230

9. NOȚIUNI
DE TERMODINAMICĂ

9

231
CUPRINS

Nr.
crt. TEMA Pagina
1. Obiective 232
2. Organizarea sarcinilor de lucru 232
3. Topicul 1
Sisteme, mărimi și procese
termodinamice.
Temperatura, energia internă, căldura 233
4. Exemplu ilustrativ 1 240
5. Topicul 2
Procese izotrope ale gazului ideal 251
6. Exemplu ilustrativ 2 254
7. Topicul 3
Procese ciclice. Ciclul Carnot 256
8. Exemplu ilustrativ 3 258
9. TEST DE AUTOEVALUARE 263
10. REZUMAT 265
11. Rezultate așteptate 267
12. Termeni esențiali 267
13. Recomandări bibliografice suplimentare 268
14. TEST DE EVALUARE 269

232

OBIECTIVE

Organizarea sarcinilor de lucru

 Parcurgeți cele trei topice ale cursului.
 La fiecare topic urmăriți exemplele ilustrative.
 Fixați principalele idei ale cursului, prezentate în rezumat.
 Completați testul de autoevaluare.
 Timpul de lucru pentru parcurgerea t estului de evaluare
este de 15 minute.

Obiectivele acestui curs sunt:

 Să înțeleagă conceptul de termodinamică ca parte a fizi cii.
 Să definească mărimile și procesele termodinamice.
 Să-și însușească principiile termodinamicii.
 Să înțeleagă noțiunea de procese izotrope ale gazului ideal.
 Să cunoască procesele ciclice.
 Să-și însușească randamentul mașinilor termice mișcării.

233

Sisteme, mărimi și procese termodinamice

Deci, putem spune că termodinamica se ocupă de stud iul acelorași
fenomene ca și teoria cinetico -moleculară dar nu din punctual de vedere al
mecanismelor, ci al schimburilor de energie, care au loc în decursul acestor
fenomene. La baza deducerilor termodinamice stau cele mai generale legi
ale naturii, denum ite principii. Aceste principii reprezintă o generalizare a
rezultatelor activității umane [6,26 ].
Obiectul de studiu al termodinamicii îl constituie sistemele .

Sistemul termodinamic este un sistem fizic compus dintr -un număr
mare, dar fin it de componenți de exemplu molecule și atomi care se găsesc Definiție : Un corp (sau un ansamblu de corpuri) de dimensiuni
macroscopice, cu volum determinat reprezintă un sistem termodinamic. Definiție : Termodinamica este acea parte a fizicii care studiază
mișcarea termică a materiei în particular procesele de schimb de
căldură dintre obiectul studiat și mediul înconjurător fără a apela însă
la reprezen tarea moleculară.

TOPICUL 1

Sisteme, mărimi și procese
termodinamice. Temperatura,
energia internă, căldura

234într-o continuă mișcare. Spațiul ocupat de sistem poate fi delimitat fie de o
graniță (sau frontieră) materială (reală) cu pereți rigizi sau elastici, fie de o
graniță imaginară. Această delimita re a spațiului se face astfel încât sistemul
termodinamic să se comporte ca un tot unitar iar interacțiunile interioare să
se poată deosebi de cele exterioare [4].

Clasificarea sistemelor termodinamice:
Izolate : nu schimbă cu exteriorul nici energie și nici materie.
Închise : poate schimba cu exteriorul energie dar nu schimbă
materie.
Deschise : schimbă cu exteriorul atât energie cât și materie.
Un sistem termodinamic se poate caracteriza prin definirea stării
sistemului termodinamic.

Pentru a caracteriza în mod univoc starea sistemului termodinamic
trebuie stabilit acest număr minim de mărimi fizice ce poartă numele de
parametrii de stare .

Definiție : Orice schimbare a stării sistemului termodinamic se
numește transformare de stare sau proces de stare . Definiție : Starea unui sistem termodinamic este statică sau de
echilibru dacă parametrii sistemului nu variază în timp. Definiție : Parametrii de stare ai unui sistem termodinamic exprimă
proprietăți mecanice, termice, electrice, magnetice, chimice etc. ale
sistemului stud iat. Definiție : Prin starea unui sistem termodinamic înțelegem
totalitatea proprietăților lui fizice la un m oment în situația de echilibru și
este determinată de numărul parametrilor macroscopici independenți.

235

Fig. 9.1 Sisteme termodinamice
cu volum fix s au frontieră

Fig. 9.2 Transformare ciclică

Definiție : O transformare se numește ciclică dacă starea finală
coincide cu starea inițială. Definiție : O transfo rmare se numește reversibilă dacă sistemul
revine la starea inițială exact prin aceleași stări ca și la transformarea
directă. Definiție : O transformare se numește cvasistatică dacă sistemul
termodinamic evoluează dintr -o stare de echilibru în altă stare de
echilibru prin stări intermediare de echilibru, astfel că parametrii
termodinamici evoluează foarte lent în timp.

236

Proprietățile termodinamice
 Se pot măsura direct (presiune p, volumul V, temperatura T,
numărul de kilomoli, v);
 Sunt determinate indirect (energi a internă U, entropia S);

Proprietățile termodinamice pot fi
 Extensive (depind de dimensiunea sistemului): volumul V,
energia internă U, entropia S.
 Intensive (nu depind de dimensiunea sistemului): presiunea p,
temperatura T.

Mărimile termodinamice pot fi:
 De stare: presiune p, volumul V, energia internă U, entropia S.
 De proces: căldura Q, lucrul mecanic L.

Temperatura

Conceptul de temperatură are la baza ideea de măsurare relativă a
încălzirii sau răcirii unui corp legată de observaț ia experimentală că dacă
acesta primește o cantitate de căldură atunci temperatura acestuia crește [ 20].
Câteva dintre cele mai cunoscute, și cel mai des folosite scări de temperatură
sunt: Celsius, Kelvin, Fahrenheit și Rankine. Transformările dintre ele sunt
date de relațiile:

Definiție : Temperatura este acea proprietate a sistemului
termodinamic care determină dacă acesta este în echilibru
termodinamic sau nu. CONCLUZIE

237

Fig. 9.3 Transferul de căldură poate duce la creșterea
tempe raturii unui sistem termodinamic.

15.273 15.273   KC CK (9.1)

32100180
180100)32(   CF F C (9.2)

Energia internă

Particulele componente a le corpurilor execută o mișcare continuă și
deci posedă o anumită cantitate de energie cinetică dar în același timp
interacționează și între ele și o anumită cantitate de energie potențială.

 Ep Ec U (9.3)

Mole culele sau atomi se pot găsi în diferite microstări energetice, iar
energia medie a unei microstări se poate scrie ca:
Definiție : Suma tuturor energiilor cinetice (de oscilație, rotație sau
translație) datorate mișcărilor dezordonate ale particulelor constituente
ale unui sistem termodinamic și ale energiilor potențiale de interacțiune
reprezintă energia internă, U.

238, …11 11 nnP P P    (9.4)
unde Pi reprezintă probabilitatea ca molecula să posede energia εi. Dacă
sistemul are N molec ule atunci energia internă va fi dată de:

NU (9.5)

Căldura

Cantitatea de căldură primită (sau cedată) de un corp poate fi folosită
pentru:

Fig. 9.4 Pompa de căldură

Ridicarea sau cobor ârea temperaturii corpului – căldura sensibilă;
Trecerea corpului dintr -o stare de agregare în alta – căldura latentă;
Efectuarea unui lucru mecanic de către corp;

Defin iție: Procesul de variație al energiei interne, care are loc
fără a se efectua un lucru mecanic se numește schimb de căldură . Definiție : Energia cedată sau primită de un corp care duce la
variația energiei sale interne se numește cantitate de căldură sau simplu
căldură .

239
Căldura specifică

) (1 2T TmQ
T mQcs (9.6)

astfel căldura schimbată de un corp cu mediul înconjurător este:

T cmQs (9.7)

Căldura specifică depinde de felul procesului:
cv – căldura specifică la volum constant;
cp – căldura specifică la presiune constantă;

Căldur a latentă

mQ (9.8)
de unde cantitatea de căldură este:

m Q (9.9)
Unitatea de măsură este:
kgJ/ ][ (9.10)

CONCLUZIE:
Termodinamica est e acea parte a fizicii care studiază mișcarea
termică a materiei în particular procesele de schimb de căldură dintre
obiectul studiat și mediul înconjurător fără a apela însă la
reprezentarea moleculară. Definiție : Cantitatea de căldură ce revine unității de masă a undei
substanțe pentru a trece dintr -o stare în altă stare la temperatură
constantă, se numește căldură latentă . Definiție : Cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi o
unitate de masă dintr -o substanță astfel încât temperatura ei să va rieze cu
1 K (1șC) se numește căldura specifică.

240

A. Principiul zero al termodinamicii și echilibrul
termic

Un sistem în echilibru termodinamic își poate modifica stare prin
interacțiune cu mediul înconjurător [ 9].Interacțiunile pot fi: mecanice
(comprimarea unui gaz), electrice (polarizarea unui dielect ric), magnetice
(magnetizarea unei substanțe), schimb de substanță (prin modificarea
numărului de kilomoli).

Fig. 9.5 Sistemele termodinamice, A, B și C, aflate în contact, termic sunt
caracterizate de aceeași temperatură

Astfel dacă ave m două sisteme termodinamice A și B puse în contact
termic și dacă un al treilea sistem termodinamic C este și el pus în contact
termic și ajunge la echilibru termodinamic cu A și separat cu B atunci
înseamnă că și sistemele termodinamice A și B sunt în ec hilibru
termodinamic.

Postulat: Un sistem izolat ajunge întotdeauna după un interval de
timp în starea de echilibru termodinamic și nu poate ieși niciodată de la
sine din această stare.

EXEMPLU ILUSTRATIV 1:

241
Exemple de vase Dewal și sisteme termoizolante tip termos pentru
procese adiabatice:

http://epiccollection.freeoda.com/i
mages/9_html_70582a22.jpg
http://epiccollection.freeoda.com/i
mages/9_html_m6521d5b7.jpg
http://epiccoll ection.freeoda.co
m/images/9_html_21d6297.jpg
http://epiccollection.freeoda.com/imag
es/9_html_m6471e74d.jpg
http://epiccollection.freeoda.com/i
mages/9_html_7fbc7c5c.jpg
http://epiccollection.freeoda.com/image
s/9_html_m674f4cd6.jpg Enunțul principiului zero al termodinamicii : Într -un sistem
izolat, format din n corpuri aflate în contact termic, condiția necesară și
suficientă de echilibru termodinamic este ca toate cele n corpuri să aibă
aceeași temperatură.

242

B. Ecuațiile de stare pentru gazul ideal

Ipotezele care ne permit să considerăm un gaz ca fiind un gaz ideal
sunt:
Moleculele gazului sunt sferice;
Dimensiunile sunt neglijabil de mici în raport cu distanța dintre ele;
Ciocnirea dintre e le este elastică și într -un timp infinit scurt;
Cu excepția ciocnirilor nu interacționează între ele;
Pentru un astfel de ansamblu de molecule care se găsesc în continuă
mișcare dezordonată se poate stabili experimental următoarea ecuație de
stare care l eagă parametrii de stare între ei:

http://epiccollection.freeoda.com/image
s/9_html_2ec9b729.jpg
http://epiccollection.freeoda.com/image
s/9_html_m37a5ed7a.jpg
http://epiccollectio n.freeoda.co
m/images/9_html_m47020319.j
pg
http://epiccollection.freeoda.com/ima
ges/9_html_2829815.jpg

243RT pV (9.11)

unde V este volumul gazului, p – presiunea acestuia, T – temperatura, R –
constanta universală a gazelor și v – numărul de kilomoli:

m (9.12)
unde µ este masa molar ă. Valoarea constantei universale a gazelor este dată
de:
K kmolJR8316 (9.13)
Pentru un amestec de gaze ecuația de stare are aceeași expresie.

Legea lui Dalton


n
ii n p p p p pp
13 2 1 … (9.14)

Numărul de kilomoli al unui amestec este suma numărului de kilomoli
al fiecărui component:

n
ii n
13 2 1 …  (9.15)

Fracția molară a componentelor se poate defini ca:
Definiție : Presi unea exercitată de mai multe gaze ideale care
ocupă același volum este suma presiunilor parțiale . Definiție : Presiunea pe care ar exercita -o un gaz perfect care ar
ocupa singur tot volumul gazului în care se află se numește presiune
parțială .
CONCLUZIE

244
n
iii
iX
1
(9.16)

astfel încât:
l Xn
ii
1 (9.17)

Dacă µi este masa molară a fiecărui component al amestecului atunci
masa molară a amestecului este:
in
iix
1 (9.18)

Ecuația de star e pentru un amestec de gaze ideale se scrie:
RTmRT pV (9.19)

C. Ecuațiile de stare pentru gazul real

Un gaz real care se abate de la comportarea descrisă de legile gazului
ideal este justificată de ipotezele simplificatoare impuse în definirea gazului
ideal. Pentru un gaz real nu mai putem neglija volumul propriu al
moleculelor și nici for țele de interacțiune dintre ele [9 ]. Johannes van der
Waals în 1873 a propus o ecuație de stare pentru gazul real pe baza
dovezilor experi mentale corelate cu argumente termodinamice riguroase.
Moleculele gazului sunt comparate cu niște sfere mici și rigide care au
fiecare un volum molar Vµ = b. Volumul total ocupat de molecule este:

b V Vt  (9.20)

iar volumul în care sunt libere moleculele să se miște este mai mic cu V t:

b V VVt (9.21)

în acest caz legea generală devine:

RT b Vp ) ( (9.22)

245 În modelul gazului ideal propus de van der Waals se consideră că
forțele atractive dintre molecule micșorează frecvența și intensitatea ciocnirii
moleculelor cu pereții vasului astfel că presiunea asupra acestora se
micșorează cu o cantitate:
2
Vap (9.23)

Rezultatul celor două efect e combinate este ecuația de stare a gazului
real propusă de van der Waals:
RT b VVap 




 ) (2
(9.24)

unde V – reprezintă numărul de kilomoli, iar a și b sunt două constante
specifice fiecărui gaz.

D. Legea I a termodinamicii

Lucrul mec anic al forțelor de presiune

Considerăm un fluid într -un cilindru cu piston acționează cu o
presiune p asupra pereților cilindrului.
Asupra pistonului acționează forța:

SpF (9.25)

Fig. 9 .6 Prin destindere, un fluid acționează cu o forță asupra pistonului,
datorată presiunii moleculelor
Lucrul mecanic efectuat la deplasarea pistonului este:

dVpLdVp dlSp dlFL


(9.26)

246
Energia internă

Din teoria cinetico -moleculară se o bține presiunea gazului ca fiind:

Wn p
32 (9.27)

unde n este numărul de molecule din unitatea volum:

VNnA (9.28)

astfel presiunea devine:
WVNpA
32 (9.29)

de unde produsul presiune volum devine:
RT WN pVA 
23 (9.30)

iar energia cinetică medie de translație pentru o moleculă de gaz este:

Tk TNRWB
A 23
23 (9.31)

unde k B este constanta lui Boltzmann. În mișcarea de translație o moleculă
are 3 grade de libertate. Fiecărui grad de libertate îi corespunde o energie
Dacă avem un gaz cu i grade de libertate atunci energia devine:

Tk Wa21
(9.32)

iar energia internă pentru v moli de gaz id eal:

vRTiTkvNiTNkiUBA B2 2 2  (9.33)

247
Principiul I al termodinamicii

LU Q (9.34)

Primul principiu al termodinamicii reprezintă o lege generală de
conservare a energiei aplicată în procesele termice. Energia termică primită
de un corp se transformă integral în alte forme de energie (internă și lucru
mecanic) și invers.
Din primul principiu al termodinamicii rezultă imposibilitatea de a
construii un perpetuum mobile de speța I -a care ne spune că lucrul mecanic
efectuat într -un proces termic nu poate fi mai mare decât cantitatea de
căldură primită. Dacă considerăm numai o variație infinitezimală a stării
sistemului atunci primul principiu al termodinamicii se scrie:

L dUQ  (9.35)

unde s -au notat variațiile infinitezimale δ (δQ și δL) acele variații care
depind de drumul parcurs (natura procesului termodinamic) iar cu d s-au
notat variațiile infinitezimale care nu depind de drum.

E. Entropia și legea a II -a
a ter modinamicii

Entropia

TQdS (9.36)

Entropia este o funcție de stare. Variația entropiei într -o transformare
reversibilă este dată de:
Definiție: Cantitatea de căldură schimbată de un sistem la
temperatură constantă se numește entropie : Enunțul : Cantitatea de căldură primită de un corp duce la variația
energiei interne a corpului și la efectuarea de către corp a unui lucru
mecanic asupra me diului exterior.

248i ff
iSf
SiS STQdS  (9.37)

Într-o transformare cicl ică reversibilă variația entropiei este zero, ΔS
= 0 deci entropia este constantă. În schimb pentru o transformare generală
avem relația:

0S (9.38)

ceea ce înseamnă că:

Enunțuri echivalente legate de m așini termice:
1). Nu se poate realiza o mașină termică care să funcționeze cu
căldura primită de la o singură sursă fără a ceda nimic către exterior. Ceea ce
ar însemna construirea unui perpetuum mobile de speța a II -a.
2). Nu este posibil un proces al cărui unic rezultat să fie absorbția de
energie de la un rezervor și transformarea acestuia completă în lucru
mecanic.

Fig. 9.7 Principiul de funcționare a oricărei mașini termice.

Principiul al II -lea apreciază sensul proce selor spontane (naturale),
acestea fiind întotdeauna însoțite de o disipare de energie spre o formă mai
sursa caldă
sursa rece Enunțul principiului al II -lea al termodinamicii : Transferul de
căldură se face întotd eauna de la corpul cu temperatură mai ridicată la
corpul cu temperatură mai coborâtă.

249dezordonată. Procesele naturale care sunt ireversibile generează întotdeauna
entropie, în timp ce procesele reversibile nu generează entropie [39].

F. Legea a III -a a termodinamicii

Consecință: Nu se poate atinge temperatura de zero absolut. Se poate
arăta că există o mare asemănare între entropie și probabilitate, ambele cresc
odată cu evoluția spontană a sistemului de particule, iar în starea de echilibru
ating valoarea maximă:
W kSBln (9.39)

În natură și în activitatea umană legea entropiei duce la foarte diverse
rezultate:

http://epiccollection.freeoda.com/images/9
_html_3e11757b.jpg
http://epiccollection.freeoda.com/images/
9_html_m3f10a201.jpg
http://epiccollection. freeoda.com/image
s/9_html_5a5d9fc7.jpg
http://epiccollection.freeoda.com/image
s/9_html_53adf335.jpg Enunț : La temperatura de zero absolut (0° K) entropia
este zero, S = 0.

250

http://epiccollection.freeoda.com/images/9
_html_m47d43400.jpg
http://epiccollection.freeoda.com/image
s/9_html_5d11c188.jpg
http://epiccollection.fr eeoda.com/images/9_
html_m71dcb222.jpg
http://epiccollection.freeoda.com/images/9
_html_m13f8a4a5.jpg

251

Sistemul studiat este un gaz închis într -un cilindru cu piston, iar
procesul de transformare va decurge astfel încât unul din paramet rii de stare
să rămână constant [ 40].

Transformarea izo coră

0 VpL (9.40)

Fig. 9.8 Transformarea izocoră
Definiție : Într -o transformare izocoră volumul rămâne constant.
TOPICUL 2

Procese izotrope ale gazului
ideal

252 Lucrul mecanic într -o transformare izocoră a gazului ideal este zero.
Din primul principiu al termodinamicii rezultă:

TRiU Q 2 (9.41)

Se poate defini căldura specifică molară la volum constant ca fiind:

Ri
TUl
TQlC
V VV2

  (9.42)

Transformarea izobară

VpL (9.43)

Lucrul mecanic într -o transformare izobară a gazului ideal este
numeric egal cu produsul dintre presiunea și variația corespunzătoare de
volum. Din primul principiu al termodinamicii rezultă:

VpU LU Q  (9.44)

Fig. 9.9 Transformarea izobară

Se poate defini căldura sp ecifică molară la presiune constantă ca fiind:
Definiție : Într -o transforma re izobară presiunea rămâne
constantă.

253RiRRi
TQlC
pp22
2
 (9.45)

De unde prin combinarea relațiilor (9.42) și (9.45) se obține relația lui
Robert -Mayer:
R C Cv p (9.46)

Transformarea izotermă

Fig. 9.10 Transformarea adiabatică este mai abruptă
decât transformarea izotermă.

Variația energiei interne în acest caz trebuie să fie egală cu zero.

0U (9.47)

Căldura primită într -o transformare izoterm ă a gazului ideal este egală
cu lucrul mecanic efectuat de acest gaz. Din primul principiu al
termodinamicii rezultă:
LQ (9.48)

Transformarea adiabatică

0Q (9.49) Definiție: Într-o transformare adiabatică căldura schimbată cu
exteriorul este zero. Definiție : Într -o transformare izotermă temperatura rămâne
constantă.

254
Din primul principiu al termodinamicii rezultă:
U L (9.50)

Într-un proces adiabatic lucrul mecanic se efectuează de către gaz pe
seama energiei interne care se micșorează. Se poate definii exponentul
adiabatic:
1
VP
CC (9.51)
Ecuația transformării adiabatice este:
const pVconst TV

1
(9.52)

Fig. 9. 11. Deosebirea dintre
o adiabată și o izotermă
Motoarele termice de tip Carnot funcționează după un ciclu format din
două adiabate și două izoterme.

http://epiccollection.freeoda.com/im
ages/9_html_48c77158.jpg
adiabată
izotermă

EXEMPLU ILUSTRATIV 2

255

http://epiccollection.freeoda.com/images/9_html_972c158.jpg

256

Transformarea ciclică

Fig. 9.12 Exemple de procese ciclice, în coordonat e pV și TS

În procesele ciclice variația energiei interne este zero.

ΔU = 0. (9.53)

Faptul că ΔU = 0 înseamnă că toată cantitatea schimbată de gaz este
folosită pentru efectuarea lucrului mecanic. Totuși, din caza principiului al Enunț : Într -o transformare ciclică starea finală coincid e cu starea
inițială.
TOPICUL 3

Procese ciclice.
Ciclul Carnot

257II-lea al termodin amicii în lucru mecanic se transformă numai cantitatea de
căldură Qp – Qc = L care este folosită de gaz efectiv în acest sens. Din
această cauză se poate definii randamentul ciclului ca fiind gradul în care
este transformată căldura primită de către un gaz ideal în lucru mecanic util:

PC
PC P
QQlQQ Q
QL
1 (9.54)

Pentru ca un motor termic să funcționeze trebuie să existe o diferență
de temperatură între temperatura mediului de la care gazul primește o
cantitate de căldură Q1 și temperatur a mediului căruia gazul îi cedează
cantitatea de căldură Q2.

Ciclul Carnot

Fig. 9.13 Ciclul Carnot

Carnot a dat o schemă pentru o mașină termică ideală care lucrează,
fără frecare, cu cel mai mare randament termic, teoretic [20,39 ]. Gazul
folosit ca și substanță de lucru se destinde inițial izoterm la tempera tura T1
de la o adiabată interioară la o adiabată exterioară preluând o căldură Q1. În
faza a doua gazul se destinde adiabatic de la temperatura T1 până la
temperatura T2 cu (T1 > T2). În timpul trei, gazul se comprimă izoterm la
temperatura T2 de la o adiabată exterioară la o adiabată interioară cedând o
cantitate de căldură Q2. În timpul 4, gazul revine adiabatic la starea inițială.

258

Randamentul cicl ului Carnot este atunci:

12
12
12 1
1 TTlQQlQQ Q
QL (9.55)

Randamentul termic al ciclului Carnot nu depinde de natura substanței
de lucru ci numai de temperatura sursei calde ( T1) și de temperatura sursei
reci ( T2).

Mașinile termice și randamentul lor

http://epiccollection.free oda.com/images/9_html_479ddb55.jpg CONCLUZIE

EXEMPLU ILUSTRATIV 3:

259
Fig.9.14 . Ciclul Carnot

cu
QQ (9.56 )

Fig. 9.15 Cele mai des întâlnite mașini termice sunt motoarele care
funcționează în patru timpi. Un randament bun al acestora duce la un
consum mai mic de combustibil.

Practic este imposibil de realizat o mașină termică care să funcționeze
riguros după c iclu Carnot.
Definiție : În termotehnică și căldură, prin randamentul unei
instalații termice se înțelege raportul dintr e cantitatea de căldură utilă și
cea consumată. Definiție : Instalația care transformă energia termică primită sub
formă de căldură în energie mecanica sub formă de lucru mecanic se
numește mașina termică . cu
QQ

260
Clasificarea mașinilor termice

Din punctul de vedere al stării fizice în care se găsește substanța de
lucru utilizată:
Mașini termice cu abur;
Mașini termice cu gaz;
Din punctul de vedere al pieselor mobile care servesc la preluarea
lucrului mecanic:
Mașini termice cu piston;
Mașini termice cu palete (turbine);
Mașini termice fără piese mobile (rachete);
Din punct de vedere al locului unde are loc arderea combustibilului:
Mașini termice cu ardere externă;
Mașini termice cu a rdere internă;
Motoare cu explozie sau aprindere prin scânteie.
Motoare Diesel sau cu aprindere prin compresie.

James Watt (1736 – 1819), turbina cu abur, motorul cu ardere
externă.

http://epiccollection.freeoda.com/images
/9_html_m205d7cd4.jpg
http://epiccollection.freeoda.com/images/9_
html_m710cb7d4.jpg
http://epiccollection.freeoda.com/imag
es/9_html_m58cfda52.jpg
Motorul cu monoxid de carbon
http://epiccollection.freeoda.com/ima
ges/9_html_m6882085e.gif

261

Nikolaus August Otto (1832 – 1891), motorul cu ardere internă, pe
benzină, cu aprindere prin scânteie electrică.

http://epiccollection.freeoda.com/images/9_html_m190e9c8f.gif
http://epiccollection.freeoda.com/images/9_html_4f225e63.gif

262

Rudolf Diesel (1858 – 1013 ), motorul cu ardere internă, cu motorină,
cu aprindere prin compresie.

http://de.academic.ru/
preview/61199920/Ru
dolf_Diesel.jpg
http://epiccollection.freeoda.com
/images/9_html_40409420.jpg
http://epiccollection.freeod
a.com/images/9_html_m26
afaaa6.jpg
http://epiccollection.freeo da.com/images/9
_html_7891d182.jpg http://epiccollection.freeoda.com/images/9_html_6ccf1c96.gif
http:/ /epiccollection.fre
eoda.com/images/9_ht
ml_m4ghjk59cc.jpg

263

http://epiccollection.freeoda.com/images/9_h tml_6d60e1b6.jpg

TEST DE AUTOEVALUARE

1.Termodinamica studiază:
a) corpurile din natură
b) proprietățile corpurilor
c) mișcarea termică a materiei
d) fenomene suferite de către corpuri
Încercuiți răspunsurile corecte la următoarele întrebări.

ATENȚIE : pot exista unul, niciunul sau mai multe răspunsuri
corecte la aceeași întrebare.

Timp de lucru: 10 minute

264
2. Sistemele termodinamice se clasifică în:
a) izolate
b) închise
c) deschise

3. Mărimile termodinamice pot fi:
a) de stare: presiune p, volumul V, energia internă U, entropia S.
b) de proces: căldura Q, lucrul mecanic L.
c) extensive
d) intensive

4.Transformările de stare sunt:
a) temperatura
b) energia internă
c) căldura
d) căldura specifică
e) căldura latentă

5. Într-o transformare adiabatică căldura schimbată cu exteriorul este:
a) zero
b) diferită de zero
c) mai mare decât zero
d) mai mică decât zero

6. Randamentul ciclului Carno t este:
a).
12
12
12 1
1 TTlQQlQQ Q
QL

b).Q =ΔU+L
c).L = p.ΔV=0

7. Legea a treia a termodinamicii este:
a) S =L +ΔQ
b) S = 0
c) L = V + S

8. Din punctul de vedere al pieselor mobile care servesc la preluarea lucrului
mecanic mașinile term ice se clasifică în:
a) mașini termice cu piston

265 b) mașini termice cu palete (turbine)
c) mașini termice fără piese mobile (rachete);

Grila de evaluare:
1.-c; 2. -a,b,c; 3. -a,b; 4. -niciunul; 5. -a; 6.-a; 7.-b; 8. -a,b,c.

– În TOPICUL 1 am definit termodinamica, sisteme, mărimi și
procese termodinamice. De asemenea aplicațiile acestora, precum și a
principalelor mărimi termodinamice în principiile termodinamicii și în
procesele izotrope ale gazului ideal.

Enunțul principiului zero al termodinamicii : Într -un sistem izolat,
format din n corpuri aflate în contact termic, condiția necesară și suficientă
de echilibru termodinamic este ca toate cele n corpuri să aibă aceeași
temperatură.

Principiul I al termodi namicii

Enunț : Cantitatea de căldură primită de un corp duce la variația
energiei interne a corpului și la efectuarea de către corp a unui lucru
mecanic asupra mediului exterior.
LU Q

Principiului al II-lea al termodinamici i

Enunț: Transferul de căldură se face întotdeauna de la corpul cu
temperatură mai ridicată la corpul cu temperatură mai coborâtă.
Termodinamica este acea parte a fizicii care studiază mișcarea
termică a materiei în particular procesele de schimb de căldură dintre
obiectul studiat și mediul înconjurător fără a apela însă la
reprezentarea moleculară.

REZUMAT

266
Principiul al III -lea a termodinamicii

Enunț : La temperatura de zero absolut (0° K) entropia este zero,
S = 0.

– În TOPICUL 2 am prezentat tipurile de procese izotrope ale gazului
ideal.

Procesele izot rope ale gazului ideal sunt:

 Transformarea izocoră
 Transformarea izobară
 Transformarea izotermă
 Transformarea adiabatică

– În TOPICUL 3 am precizat și prezentat proces ele ciclice prin ciclul
Carnot. Implicarea acestora în practică s -a exemplificat prin
mașinile termice cu evidențierea randamentului.

Carnot a dat un ciclu format din două adiabate și două
izoterme pentru o mașină termică ideală care lucrează fără
frecar e cu cel mai mare randament termic, teoretic.

Randamentul ciclului Carnot este atunci:
12
12
12 1
1 TTlQQlQQ Q
QL

Randamentul termic al ciclului Carnot nu depinde de natura
substanței de lucru ci numai de temperatura sursei calde ( T1) și de
temperatura sursei reci ( T2).

267

După studierea acestui curs ar
trebui să conștientizați importanța
termodinamicii în domeniul
ingineresc , precum și însușirea
principalelor elemente de bază,
sisteme, mărimi, procese, principii,
și ecuații termod inamice necesare
studierii și învățării acest ei părți
ale fizicii. REZULTATE
AȘTEPTATE

Termodinamica este acea parte a fizicii
care studiază mișcarea termică a materiei în
particular procesele de schimb de căldură dintre
obiectul studiat și mediul înconjurător fără a
apela însă la reprezentarea m oleculară.
Un corp (sau un ansamblu de corpuri) de
dimensiuni macroscopice, cu volum determinat
reprezintă un sistem termodinamic.
Prin starea unui sistem termodinamic
înțelegem totalitatea proprietăților lui fizice la un
moment în situația de echilibru și este
determinată de numărul parametrilor
macroscopici independenți.
Orice schimbare a stării sistemului
termodinamic se numește transformare de stare
sau proces de stare.
Temperatura, Energia internă, Căldura,
Căldura specifică, Căldura latentă.
Principiile termodinamice
Ecuația de stare pentru gazul ideal.
Legea lui Dalton.
Procese izotrope ale gazului ideal.
Procese ciclice. Ciclul Carnot.
Mașini termice și randamentul lor.
TERMENI
ESENȚIALI

268
RECOMANDĂRI BIBLIOGRAFICE SUPLIMENTARE

– Ardelean I., Fizică pentru ingineri, Editura U.T.PRESS, Cluj –
Napoca, 2006;
– Biro D., Prelegeri „ Curs de Fizică generală ” (format electronic, CD,
revizuit), Universitatea „ Petru Maior ”, Tîrgu -Mure ș, 2006;
– Berkeley, Cursul de fizică – Electricitate și Magnetism (Vol. 2),
Editura Didactică și pedagogică, Bucure ști, 1982;
– Berkeley, Cursul de fizică – Mecanică (Vol. 1), Editura Dida ctică și
Pedagogică, Bucure ști, 1981;
– Fechete R., Elemente de fi zică pentru ingineri, Editura U.T.PRESS,
Cluj Napoca, 2008 ;
– Feynmann R.P., Leighton R. B., Sands M., Fizica modernă , Vol. I –
III. Editura Tehnică, Bucure ști, 1970;
– Gîju S., Bățagă E., Lucrări de laborator – Fizică . Editura –
Universitatea „ Petru Maior ”, Tîrgu -Mureș, 1991;
– Gîju S., Teorie și Probleme , Editura Universitatea. „ Petru Maior ”,
Tîrgu -Mureș, 2001;
– Gîju S., Curs de Fenomene termice și electromagnetice , Editura
Universitatea „Petru Maior ”, Tîrgu -Mureș, 2003;
– Halliday D., Resnick R., Fizica , vol. I și II. Editura Did actică . și
Pedag ogică , Bucure ști, 1975;
– Hudson A., Nelson R., University Physics , Second Edition,
Saunders College Publishing, New York, 1990;
– Modrea A. , Lucrări de laborator” (format electronic), Universitatea ,
„Petru Maior” , Tîrgu -Mureș, 2006;
– Modrea A., Curs de Fizică generală”(format electronic),
Universitatea, Petru Maior” , Tîrgu -Mureș, 2006;
– Oros C., Fizică generală -format electronic, Universitat ea „Valahia”,
Târgoviște, 2008;
– Serway R. A., Physics for Scientists and Engineers with Modern
Physics , Second Edition, Saunders College Publishing, New York,
1986.

269
TEST DE EVALUARE

1. Numim sistem termodinamic:
a). un corp de dimensiuni macroscopice, cu volum determinat
b). un an samblu de corpuri de dimensiuni macroscopice, cu volum
determinat
c). un corp sau un ansamblu de corpuri de dimensiuni macroscopice,
cu volum determinat

2. Parametrii de stare ai unui sistem termodinamic exprimă
proprietăți:
a). mecanice
b). termice
c). electrice
d). magnetice
e). chimice
f). toate

3. Proprietățile termodinamice pot fi:
Încercuiți răspunsurile corecte la următoarele î ntrebări.

ATENȚIE : pot exista unul, nici unul sau mai multe răspunsuri
corecte la aceeași întrebare.

Timp de lucru :15 minute

270 a). – extensive (depind de dimensiunea sistemului): volumul V,
energia internă U, entropia S
b). – intensive (nu depind de dimensiunea sistemului): presiunea p ,
temperatura T
4. Suma tuturor energiilor cinetice (de oscilație, rotație sau translație)
datorate mișcărilor dezordonate ale particulelor constituente ale unui sistem
termodinamic și ale energiilor potențiale de interacțiune reprezintă:
a). căldura, Q
b). energia internă, U
c). căldura specifică, c s
d). temperatura, T

5. Ipotezele care ne permit să considerăm un gaz ca fiind un gaz ideal
sunt:
a). moleculele gazului sunt sferice
b.) dimensiunile sunt neglijabil de mici în raport cu distanța din tre ele
c). ciocnirea dintre ele este elastică și într -un timp infinit scurt
d). cu excepția ciocnirilor nu interacționează între ele

6. Principiul I al termodinamicii este reprezentat prin ecuația:
a). Q=ΔU – L
b). ΔU = L + Q
c). L = 0

7. Transfo rmarea ciclică este:
a) transformarea în care starea finală nu coincide cu starea inițială
b) transformarea în care starea finală coincide cu starea inițială

8. Din punct de vedere al locului unde are loc arderea combustibilului
mașinile termice sunt:
a) mașini termice cu piston
b) mașini termice cu ardere externă
c) mașini termice fără piese mobile
d) mașini termice cu ardere internă

Grila de evaluare:

1.-c; 2.-f; 3.-a,b; 4. -b; 5. -a,b,c,d; 6. -niciunul; 7 -b; 8-b;d.