Termodynamika nevratných procesů - KME/TNP

Garant

  • Doc. Dr. RNDr. Miroslav Holeček

Přednášející

  • Ing. Vít Nováček, Ph.D.

Cvičící

  • Ing. Jan Vychytil, Ph.D.

Rozvrhové akce

Ing. Vít Nováček, Ph.D. Přednáška UC 122 ZS Pátek 2-4 (08:25-11:00)
Ing. Jan Vychytil, Ph.D. Cvičení UC 122 ZS Pátek 5-6 (11:10-12:50)

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.

Přehled látky

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. 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.
11. Za hranicemi lokální rovnováhy - tepelné vlny, rozšířená termodynamika. Telegrafická rovnici vedení tepla. Základní myšlenky racionální termodynamiky.

Odborné dovednosti po absolvování předmětu

  • řešit jednoduché úlohy z rovnovážní nerovnovážné termodynamiky, má však dobrý základ i pro řešení složitějších problémů technické praxe z oblasti tepelných procesů, termomechaniky materiálů a některých úloh materiálové fyziky
  • velmi dobře své znalosti uplatnit i v pedagogickém působení na všech úrovních terciárního vzdělávání

Požadavky na studenta

Podmínky zápočtu:
zápočtový test (v rozsahu výuky).

Podmínky zkoušky:
Studenti musí ověřitelným způsobem předvést znalosti z předepsané látky.

Doporučená literatura

Více informací o předmětu (portál ZČU)

Patička