Termodynamika nevratných procesů - KME/TNP

Garant

  • Doc. Dr. RNDr. Miroslav Holeček

Rozvrhové akce

Cíle předmětu

Student bude obeznámen s touto problematikou:
- Caratheodoryho termodynamika, entropie, termodynamické potenciály.
- Popis nerovnovážných stavů, variační formulace v termodynamice.
- Tok a produkce entropie, formulace kontinuálních teorií, lokální termodynamika, toky, lokální rovnováha, lineární nevratná termodynamika.
- Onsagerovy vztahy, rovnice vedení tepla, difuze, termodifuze.
- Prigoginovská termodynamika, systémy daleko od rovnováhy, disipativní struktury, popis živých systémů.
- Racionální termodynamika, obecná forma konstitutivních vztahů, narušení lokální rovnováhy, tepelné vlny.
- Synergetika, samovolná tvorba struktur, termodynamika nefyzikálních systémů.

Harmonogram

TýdenPřednáška
1. Pojem stav, stavová proměnná. Stav v termodynamice (srovnání s mechanikou). Energie. Zákon zachování energie. Práce. Pracovní parametry. První termodynamický zákon.
2. Pojem práce, pojem tepla, teplo jako diferenciální forma, integrační faktor, význam totálního diferenciálu, druhý termodynamický zákon a jeho vztah k integrabilitě určité diferenciální formy.
3. Systémy s výměnou částic a chemické reakce (elektrochemický potenciál, afinita, zákon působících hmot). Daltonův zákon. Míchání plynů, Gibbsův paradox.
4. Ilustrace termodynamiky – ideální plyn, rovnice „90-procent“, jiné energetické proměnné (entalpie atd.), Legendreova transformace, vztahy mezi derivacemi rozmanitých veličin.
5. Fázové přechody prvního druhu, Clapeyronova rovnice, kritický bod, neideální plyn, van der Waalsova rovnice.
6. Kontinuální popis, Cauchyho teorém, bilanční rovnice, produkce veličiny, lokální rovnováha.
7. Produkce entropie, termodynamické toky a síly, příklady. Konstitutivní vztahy.
8. Minimální produkce entropie. Lineární termodynamika, Onsagerovy relace, příklady (termoelektrické jevy).
9. Pojem a význam stability, stabilita v termodynamice, druhý diferenciál entropie, nadbytek produkce entropie. Příklady: chemické reakce v systémech daleko od rovnováhy, stabilita, význam autokatalytických reakcí.
10-11. Odvození rovnice vedení tepla. Klasifikace termodynamických systémů z hlediska stability: rovnováha, blízko od rovnováhy, daleko od rovnováhy. Role hraničních podmínek, stacionární stavy, role maxima entropie či minimální produkce entropie, meze stability. Disipativní struktury.
12. Za hranicemi lokální rovnováhy – tepelné vlny, rozšířená termodynamika. Telegrafická rovnici vedení tepla. Základní myšlenky racionální termodynamiky.
13. Opakování.

Získané způsobilosti

Student zná rovnovážnou termodynamiku a způsoby, kterými je termodynamika zobecněná pro popis nerovnovážných systémů. Je obeznámen se základními směry nerovnovážné termodynamiky, a umí řešit jednoduché úlohy z rovnovážné i nerovnovážné termodynamiky.

Podmínky zápočtu

Aktivní účast na cvičeních, popřípadě písemné zpracování zadaného příkladu z termodynamiky včetně jeho počítačové simulace.

Zkouška

Písemná zkouška sestávající ze dvou částí: 1. Test znalosti probraného učiva. 2. Samostatné vyřešení příkladu z termodynamiky.

Doporučená literatura