1

TERMODINAMICĂ

2

SISTEME TERMODINAMICE

TERMODINAMICA

SISTEM TERMODINAMIC

studiază forme de energie şi transformările

acestora

un set de obiecte macroscopice delimitate

fizic sau mental

3

TIPURI DE SISTEME

IZOLATE

ÎNCHISE

DESCHISE

nu schimbă nici energie nici masă

schimbă energie dar nu şi masă

schimbă atât energie cât şi masă

Imagine: http://www.dailymail.co.uk/news/article-2251260/British-tourist-nicknamed-

Captain-Caterpillar-drowned-jumping-100ft-sea-free-climbing-Majorca.html

4

PARAMETRI DE STARE

EXTENSIVI:

INTENSIVI:

• proporţionali cu masa sistemului

• sunt aditivi: E = E1 + E2

• exemple: V, m, N, ν, U

• nu depind de cantitatea de substanţă

• nu sunt aditivi: I I1 + I2

• exemple: p, T, n, ρ

6

STĂRI TERMODINAMICE

STĂRI DE ECHILIBRU

STĂRI DE NEECHILIBRU

• parametri intensivi au aceeaşi valoare în toate

părţile sistemului

• nu trec fluxuri prin sistem

• nu se modifică atâta vreme cât nu se schimbă

condiţiile externe

• există gradienţi nenuli

• evoluează în timp

7

Exemplu: gradientul de concentraţie

0

d(grad ) lim

dx

x

c cc

x x

0c

x

0

c

x

Gradientul unui parametru intensiv

arată cum variază parametrul

respectiv de la un loc la altul

8

PROCESE TERMODINAMICE REVERSIBLE

IREVERSIBLE

FUNCŢII DE STARE:

FUNCŢII DE PROCES:

U – energie internă

Q – căldură

• Sistemul poate reveni în starea iniţială trecând

prin aceleaşi stări intermediare

• Starea iniţială nu poate fi atinsă pe aceeaşi cale

• Stările intermediare sunt de neechilibru

L – lucru mecanic

9

PRINCIPIILE TERMODINAMICII

PRINCIPIUL ÎNTÂI

U = variaţia energiei interne

Q = cantitatea de căldură

L = lucrul mecanic

U = Q - L = U 2 - U 1

(LEGEA CONSERVĂRII ENERGIEI)

Ex: Pt. Sisteme Izolate

Q = L = 0 U 2 = U 1

CONVENŢII !

> 0 dacă e primită de sistem

> 0 dacă e efectuat de sistem

10

PRINCIPIUL AL DOILEA

ENTROPIA = o funcţie de stare

W = probabilitate termodinamică

WkS ln

0S

Entropia nu descreşte în procese termodinamice spontane;

dacă aceste procese sunt ireversibile, entropia creşte.

12

POTENŢIALE TERMODINAMICE

VpUH

ENTALPIA ENERGIA INTERNĂ

ENERGIA LIBERĂ HELMHOLTZ

STUF

ENERGIA LIBERĂ GIBBS

STVpUG

U

16

FORŢE ŞI FLUXURI

TERMODINAMICE

FLUXUL TERMODINAMIC:

cantitatea de substanţă (sau sarcină electrică,

energie etc. ) ce traversează, în unitatea de timp,

suprafaţa unitate orientată perpendicular pe

direcţia transportului ( J )

FORŢA TERMODINAMICĂ CONJUGATĂ:

acel gradient de parametru intensiv care generează

fluxul ( X )

17

p Jv CURGERE

FORŢA FLUXUL FENOMENUL

T Jq TRANSFER DE CĂLDURĂ

c (m) Ji DIFUZIE

Y I CURENT ELECTRIC

p Jw OSMOZĂ

Ai /T vi REACŢIE CHIMICĂ

18

Căldura poate fi transportată prin

conducţie, convecţie si prin radiaţie

Sursa: Williams College, http://sustainability.williams.edu/

19

Conductivitatea termica este constanta de

proportinalitate dintre fluxul de caldura si

gradientul de temperatura

Sursa: Halliday D, Resnick R, Walker J, Fundamentals of Physics, 8th ed,

Wiley, 2007; Ch. 18

1 H CdQ T Tk

S dt L

T

TJ k

x

conductivitate

termica

1 1

SI[ ] Wm Kk

20

Nr. crt. Material k (W m-1K-1)

1 Polistiren expandat 0.044

2 Vată minerală 0,042 ... 0,05

3 Lemn 0,17...0,41

4 Apă (la 37 °C) 0,625

5 Zidărie din cărămizi cu goluri verticale 0,46...0,75

6 Zidărie din cărămizi pline 0,8

7 Beton armat 1,62...2,03

8 Oţel 58,0

9 Aluminiu 220,0

Un material este termoizolator cu atât mai bun cu

cât conductivitatea sa termică este mai mică

21

Difuzivitatea termică descrie viteza cu care

temperatura se modifică într-un punct dat

Imagine: http://www.webmd.com/oral-health/picture-of-the-teeth

T

P

kD

c

T

dTD

dt

difuzivitate

termica

2 1

SI[ ] m sTD

PQ mc dT

22

Difuzivitatea termică a materialelor dentare

influenţează starea de confort a pacienţilor

Nr. crt Material ρ (g/cm3)

c

(cal g-1 K-1)

k

(W m-1 K-1)

DT

(10-3 cm2 s-1)

1 Dentina 2.14 0.30 0.57 1.8-2.6

2 Smalt 2.97 0.18 0.93 4.7

3 Materiale compozite 1.6-2.4 0.20 1.09-1.37 1.9-7.3

4 Fosfat de zinc 2.59 0.12 1.05 3

5 Amalgam 11.6 0.005 22.6 960

6 Aur 19.3 0.03 297 1180

Sursa: Phillips' Science of Dental Materials, 11th ed., Kenneth J. Anusavice,

Saunders, St. Louis, 2003; Ch. 3

23

coeficientul de dilataţie volumică:

dT

dV

V

1

valoarea sa medie:

T

V

V

0

1

)(1 00 TTVV cavităţi în solide

Majoritatea substanţelor se dilată odată

cu creşterea temperaturii

24

Valori tipice în jurul temperaturii camerei

Lichide:

Solide:

15 K102,7

cupru 15 K102,4

sticlă 15 K10)7,22,1(

aluminiu

15 K1075

mercur 15 K1018

alcool etilic

Observaţie: apa are <0 între 0-4 °C (anomalie)

25

dT

dl

l

1

valoarea sa medie:

T

l

l

0

1

)(1 00 TTll

3corelaţie:

Dilataţia termică a solidelor este descrisă

de coeficientul de dilataţie liniară

26

caracterizaţi parametrii termodinamici extensivi şi intensivi;

enunţaţi principiile termodinamicii;

exemplificaţi corelaţiile dintre fluxurile şi forţele termodinamice;

definiţi principalele constante de material prin care se

caracterizează conducţia termică;

caracterizaţi materialele dentare prin prisma conductivităţii

termice şi a difuzivităţii termice;

enunţaţi legea dilataţiei termice;

descrieţi importanţa dilataţiei termice a materialelor dentare

restaurative.

În urma audierii acestui curs ar trebui să