A félév részletes beosztása, az előadások jegyzetével

TERMODINAMIKA: ALAPOK

- Termodinamikai alapfogalmak (1. előadás)

1. A termodinamika tárgyköre

2. Alapfogalmak: rendszer, környezet, fal

3. Alapfogalmak: fázis, komponens, szabadsági fok

4. A termodinamikai rendszer jellemzése: állapotjelzők

- Termodinamikai rendszerek energetikájának mikroszkopikus alapjai (1.-2. előadás)

1. A termodinamikai rendszerek mikroszkopikus modelljei

a. a klasszikus modell

b. a kvantummechanikai modell

c. a szemiklasszikus modell

2. Molekuláris mozgási módusok, szabadsági fokok

3. A mozgási módusok energiájának kifejezései

4. A belső energia

A TERMODINAMIKA 0. FŐTÉTELE, ÁLLAPOTJELZŐK, ÁLLAPOTEGYENLETEK

- A termodinamika 0. főtétele: egyensúly, hőmérséklet. (2.előadás)

1. Az egyensúlyi állapotok bevezetése

2. A termodinamikai 0. főtétele

3. Az empírikus hőmérséklet definíciója

- Állapotegyenletek: az ideális gáz modell (3. előadás)

1. Charles törvény és egy új hőmérsékleti skála

2. Az egyesített gáztörvény

3. Matematikai ismétlés: a teljes differenciál

4. A gázok kinetikus modellje I.

- Állapotegyenletek: reális gázok (3.-4. előadás)

1. A kompressziós tényező

2. A van der Waals egyenlet és diszkussziója

3. Diszkusszió: a viriálegyenlet, parciális deriváltak, kritikus állapotjelzők

4. Redukált állapotjelzők és a megfelelő állapotok tétele

- Állapotegyenletek: folyadék, szilárd halmazállapot (4. előadás)

1. Folyadékok szerkezete és állapotegyenletei

2. Folyadékkristályok

3. Szilárd halmazállapotú anyagok jellemzése

A TERMODINAMIKA I. FŐTÉTELE ÉS ALKALMAZÁSAI

- Termodinamika I. főtétele: a belső energia függvény (5. előadás)

1. Munka és hő bevezető tárgyalása

2. A munka mint az energiaátvitel formája

3. A hő mint az energiaátvitel formája

4. A termodinamika I. főtétele

5. Matematikai ismétlés: integrálás

6. A térfogati munka

7. Térfogati munka és hő számítás néhány példában

8. A belső energia tulajdonságai összefoglalva

- Termodinamika I. főtétele: az entalpia függvény és a hőkapacitások (6. előadás)

1. Az entalpia definíciója

2. Az entalpia tulajdonságai összefoglalva

3. A belső energia és az entalpia különbségeinek mérése: a kalorimetria

4. A hőkapacitások

5. A belső energia és az entalpia hőmérsékletfüggése állandó térfogaton és nyomáson

- Termodinamika I. főtétele: a belső energia és az entalpia változásai (6.-7. előadás)

1. Az U(T,V) függvény, a belső nyomás

2. A hőkapacitások és az adiabaták kapcsolata ideális gázokra

3. Matematikai ismétlés: a parciális differenciálhányadosok tulajdonságai

4. Az U(T,p) függvény

5. A H(T,p) függvény és a H(T,V) függvény

6. A Joule-Thomson hatás és kísérlet

- Termodinamika I. főtétele: termokémia (7. előadás)

1. A vizsgált folyamatok és termodinamikai jellemzésük

2. Standard állapotok (bevezetés)

3. Fázisátalakulási entalpia, reakcióentalpia

4. Hess-tétel

5. Képződési entalpiák

A TERMODINAMIKA II. FŐTÉTELE ÉS ALKALMAZÁSAI

- Termodinamika II. főtétele: az entrópia függvény bevezetése (7.-8. előadás)

1. Matematikai ismétlés: integrálás II.

2. A II. főtétel bevezető tárgyalása, történeti előzményei

3. A II. főtétel különböző formái

4. A II. főtétel szisztematikus tárgyalása a Carnot-féle megközelítés szerint

a. a Carnot-ciklus

b. a termodinamikai hőmérséklet

c. az entrópia definíciója

d. az entrópia változása

5. A termodinamika II. főtétele

- Termodinamika II. főtétele: az entrópia függvény tulajdonságai (9.-10. előadás)

1. Matematikai ismétlés: integrálás III.

2. A II. főtétel következményei:

a. Az egyensúly kritériuma

b. Reverzibilis folyamatok

c. Maximális munka

3. Az entrópia függvény tulajdonságai összefoglalva

4. Folyamatok entrópiaváltozásai

a. Az entrópia hőmérsékletfüggése

b. Fázisátalakulások entrópiaváltozása

5. A II. főtétel néhány alkalmazása: Hőerőgépek, hűtőgépek, hőszivattyú

A TERMODINAMIKAI FORMALIZMUS ALKALMAZÁSAI, A III. FŐTÉTEL

- Termodinamika I és II. főtételének egyesítése: fundamentális egyenletek (10. előadás)

1. A belső energiára vonatkozó fundamentális egyenlet

2. Fundamentális egyenletek és a teljes differenciál

3. A fundamentális egyenletek és a spontán végbemenő folyamatok kritériumai (bevezetés)

- Két új állapotfüggvény: a szabadenergia és a szabadentalpia (11. előadás)

1. Matematikai ismétlés: integrálás V.

2. Két új állapotfüggvény: a szabadenergia és a szabadentalpia

3. A maximális munka

4. A szabadenergia és a szabadentalpia fundamentális egyenletei

5. Állapotfüggvények (termodinamikai potenciálfüggvények)

- A termodinamikai formalizmus alkalmazása U, H, S, A és G változásainak számolására (11.-12. előadás)

1. Az U(T,V) függvény

2. A H(T,p) függvény

3. Az S(T,V) és a S(T,p) függvények

4. A hőkapacitások különbsége

5. A szabadenergia és a szabadentalpia nevezetes változásai

- Új változók a potenciálfüggvényekben: az anyagmennyiség + A termodinamika III. főtétele (12. előadás)

1. A kémiai potenciál

2. Az anyagmennyiség változása és a fundamentális egyenletek

3. A termodinamikai egyensúly feltétele intenzív paraméterekkel kifejezve

a. A termális egyensúly

b. A mechanikai egyensúly

c. Az anyagátmeneti egyensúly

d. Kémiai reakciók egyensúlya

4. A termodinamika III. főtétele

STATISZTIKUS TERMODINAMIKA

- Statisztikus termodinamika: sokaságok, az entrópia, az entrópia tulajdonságai (12.-13. előadás)

1. Bevezetés: sokaságok

2. Matematikai emlékeztető: sokaság átlagok számítása

3. Az elszigetelt rendszerek sokasága: a mikrokanonikus sokaság

4. Termális egyensúlyban lévő rendszerek sokasága: a kanonikus sokaság

5. Az entrópia statisztikus termodinamikai értelmezése

6. A statisztikus termodinamikai entrópia tulajdonságai

- Statisztikus termodinamika II: termodinamikai függvények, Boltzmann-statisztika, Maxwell-Boltzmann sebességeloszlás (14. előadás)

1. Termodinamikai állapotfüggvények statisztikus termodinamikai definíciója

2. Ideális gázok statisztikus termodinamikája

3. A Boltzmann-statisztika

4. A Maxwell-Boltzmann sebességeloszlás

5. A hőkapacitások hőmérsékletfüggése

TERMODINAMIKAI ALKALMAZÁSOK

- Tiszta fázisok termodinamikai függvényei, a fugacitás (14.-15. előadás)

1. Tiszta gázfázis termodinamikai függvényei: ideális gázok

2. Reális gázok jellemzése: a fugacitás

3. Folyadék és szilárd fázisok termodinamikai függvényei

- A Gibbs-fázisszabály (15. előadás)

1. A fázisszabály „levezetése”

- Egykomponensű termodinamikai rendszerek fázisegyensúlyai, a Clausius-Clapeyron egyenlet (15.-16. előadás)

1. A fázisdiagramok bevezetése

2. A fázisdiagramok jellegzetes részletei

3. A víz és a szén-dioxid fázisdiagramja

4. A folyadék-gőz egyensúly

5. További kétfázisú fázisegyensúlyok

- Egykomponensű termodinamikai rendszerek felületi jelenségei, a felületi feszültség (16. előadás)

1. A határfelületi feszültség fogalma

2. A felületi feszültség és tulajdonságai

3. Görbült felületek gőznyomása

4. A felületi feszültség fellépésével magyarázható néhány érdekes jelenség

- Elegyek: bevezetés (16.-17. előadás)

1. Az elegyek jellemzésére alkalmazott termodinamikai változók

2. Parciális moláris mennyiségek

3. A Gibbs-Dühem összefüggés

- Az elegyképződés termodinamikája: ideális elegyek, reális elegyek, aktivitás (17. előadás)

1. Az elegyképződés termodinamikája: ideális gázok keveredése

2. Az elegyképződés termodinamikája: reális gázok keveredése

3. Ideális és reális elegyek, keveredési mennyiségek, excessz mennyiségek

4. Kétkomponensű elegy keveredési függvényeinek ábrázolása

5. Elegyedési térfogatváltozás, elegyedési entalpiaváltozás

6. Elegyedési entrópiaváltozás, elegyedési szabadentalpia-változás

7. A kémiai potenciál és az aktivitások

- Többkomponensű rendszerek fázisegyensúlyai I.: folyadék-gőz egyensúlyok (18. előadás)

1. Többkomponensű rendszerek fázisegyensúlyai: bevezetés

2. Folyadék-gőz egyensúlyok: a Henry- és a Raoult-törvény

3. Gőznyomásgörbék

4. Forráspont-diagramok

5. Desztilláció

6. Azeotrópok

7. A Konovalov-törvények

- Többkomponensű rendszerek fázisegyensúlyai II.: oldatok, kolligatív tulajdonságok (19. előadás)

1. Kolligatív tulajdonságok: bevezetés

2. A gőznyomás-csökkenés

3. A forráspont-emelkedés

4. A fagyáspont-csökkenés

5. Az ozmotikus egyensúly

- Többkomponensű rendszerek fázisegyensúlyai III.: oldatok, korlátozott elegyedés (19.-20. előadás)

1. Gázok korlátozott oldódása folyadékokban: a Henry-Dalton tövény

2. Szilárd anyagok korlátozott oldódása folyadékokban: az oldhatóság

3. Folyadék-folyadék korlátozott oldhatóság

4. Gőznyomás- és forráspont-diagramok korlátozott elegyedés esetén

5. A vízgőzdesztilláció

6. Folyadék-folyadék megoszlási egyensúly

- Többkomponensű rendszerek fázisegyensúlyai IV.: többfázisú, többkomponensű szilárd-folyadék és folyadék-folyadék egyensúlyok (20. előadás)

1. Eutektikumot képező kétkomponensű rendszer

2. Reaktív rendszerek

3. Szilárd oldatokat képező rendszerek

4. Háromkomponensű (terner) rendszerek fázisegyensúlya

5. Korlátozottan elegyedő folyadékok egyensúlya terner rendszerekben