Termodinamika és hőtan: hőmérséklet, gázok, halmazállapot-változások
A termodinamika és hőtan rész a hőmérséklet, hőmennyiség, ideális gázok, halmazállapot-változások és hőerők kérdéseit vizsgálja. Az érettségin gyakori az állapotegyenlet, az első főtétel és a kalorimetria; a számolás mellett a folyamatok értelmezése is kell.
Alapok
- Ideális gáz: pV = nRT, R = 8,31 J/(mol·K); a hőmérsékletet mindig kelvinben kell venni.
- Első főtétel: ΔU = Q + W, ahol W a gázon végzett munka. Ha a gáz tágul, W negatív; állandó nyomáson W = -pΔV.
- Fajhő: Q = mcΔT; izobár folyamatnál Q = nCpΔT, izochornál Q = nCvΔT. Egyatomos gázra Cv = 3R/2, kétatomosra Cv = 5R/2 (szobahőmérsékleten).
- Halmazállapot-változásnál Q = mL; a hőmérséklet közben nem változik.
Mintapélda
2,0 mol kétatomos ideális gázt állandó nyomáson 300 K-ről 600 K-re melegítünk. Mekkora a gáz által végzett munka, a felvett hő és a belső energia változása? A gáz által végzett munka Wby = pΔV = nRΔT = 2,0·8,31·300 ≈ 5,0 kJ. Kétatomos gázra Cp = 7R/2, így Q = nCpΔT = 2,0·(7/2·8,31)·300 ≈ 17,5 kJ. ΔU = Q - Wby = 12,5 kJ, ami nCvΔT = 2,0·(5/2·8,31)·300 ≈ 12,5 kJ. Az eredmény konzisztens.
Csapdák
- A °C és K keverése az állapotegyenletben.
- Az első főtétel előjelrendszerének elfelejtése: a gáz által végzett munka és a gázon végzett munka ellentétes előjelű.
- Olvadáskor és forráskor a hőmérséklet állandó, a hőmennyiség mégsem nulla.
- A hatásfoknál a felvett hővel kell osztani, nem a leadottal.