Apunteak#

01 Gaia: Oinarrizko kontzeptuak#

1. Gaia: Oinarrizko kontzeptuak, 1Z gardenkia

1.1 Sistema eta ingurunearen deskripzioa
Zenbait iruzkin:
- Termodinamika da oreka-egoeren arteko prozesuen azterketa.
  
  Oreka-egoera definituko da, baina inportantea da jakitea oreka-egoerez baino ez garela arituko.
  
  Horrek ez du esan nahi garatuko dugun teoriaren hedadura txikia izango denik: sistemen benetako desegoeren arteko azterketa egiteko garatuko dugun teoria 0-hurbilketa da, hots, erabil daiteke
- Termodinamikan t denborak ez du parterik hartzen, formalismotik kendu egingo da.
  
  Horrek ez du esan nahi ezin denik benetan gertatzen den prozesurik deskribatu (benetako prozesuak denboran, denborak aurrera egiten duen ahala gertatzen dira): benetako prozesuen eredu bereziak erabiliko ditugu, zeintzuetan denborak ez duen parterik hartzen nahiz eta sistemen eraldaketen ondorioak berberak izango diren bietan, benetakoetan eta asmatutako eredu-prozesuetan.
- Aztertuko dugun dena ideala da.
  
  Ideala izatea oso ona da, abantailak dauzka, dena errazteko eskatzen den baldintza denez, benetan gertatzen dena baino askoz errazagoa dena da. Dena dela, idealtasunak badauzka bere alde ez hain onak: onartutako ereduak, batzuetan, ezin dira harago eraman, hots, kontuz ibili behar da hain errazak diren ereduetatik beti (edozein baldintzatan) ondorio orokorrak ateratzeko.
  
  Idealtasunaren adibide batzuk:
  1. Aztertu nahi den sistema (oreka-)egoera batean dago eta bat-batean beste (oreka-)egoera batean dago.
    Bat-batean hori abiadura infinituan gertatzen da, eta ez da arrazoitu behar.
  2. Aztertu nahi den sistemak $V$ bolumena betetzen du.
    Betetzen duen bolumena adierazteko ez dugu ezer behar: gure buruan dagoen gainazalak inguratzen du, nahikoa da horrekin…
  3. Halere, batzuetan, sistema inguratzen dituzten bestelako sistemak, pistoiez itxitako zilindroak esaterako, erabiliko ditugu. Kasu horietan, gehienetan, gainerako horiek ez dute ezer (termodinamikaren ikuspuntutik) egingo.
  4. Termodinamikaren ikuspuntutik edozein ingurune, hots, aztertu nahi den sistemarekin batera definitu dena eta aztertuko den unibertsoa osatuko duena, sistema termodinamikoa da, baina ez da aztertuko, nahiz eta bere ezaugarriren bat ezagutuko den.
1.1 Sistema eta ingurunearen deskripzioa:
- sistema
  sistematzat hartzen da aztertu nahi dena: gure interesa duena
- ingurunea
  sistema ez den guztia, ingurunea da
  - Sistemaren azterketa egiteko, sistemari buruzko informazioa eskura izan behar dugu; agian, ez dena, baina zerbait bai.
  - Inguruneaz zerbait jakin behar da. Formalismoak ez ditu ezberdintzen sistema eta ingurunea, biak dira sistema termodinamikoak. Aztertzerako orduan erabakiko da zein den bat eta zein bestea.
- sistemaren deskripzioa
  1. irizpide makroskopikoa: koordenatu termodinamikoak
    - Edozein sistema makroskopikoren azterketa egiteko bere propietate makroskospiko batzuk aintzakotzat hartu behar dira; dentsitatea, konposizioa, presioa… Eta horiekin lotuta, aldagai termodinamikoak aukeratzen dira. Aldagaiak dira deskripzioa egiteko erabiltzen direnak: matematikaren zentzuan, hots, aldagai matematikotzat hartuko dira. Edozein sistema termodinamikoren deskribapena egiteko erabiltzen den aldagairi koordenatu termodinamiko deritzo; horien bidez eraikiko dira sistemen espazio termodinamikoak (Mekanikako faseen espazioen modukoak) eta horietan adieraziko dira sistemen egoerak, oreka-egoerak haiek.
  2. irizpide mikroskopikoa
    irakasgaiaren 2. zatian (2. partzialean) zehaztuko da
  - irizpideen arteko lotura: irizpideak erabat ezberdinak dira:
    - materia jarraitua da lehenengoaren kasuan; bigarrenean, ez jarraitua, hots, partikula osatzailez osatua
    - lehenengoan, propietateen kopurua ( $\to$ aldagaien kopurua) txikia da; bigarrenean, izugarri handia, Avogadro-ren zenbakiaren tamainakoa: $\sim 10^{23}$ ordenakoa
  - koordenatu termodinamiko estentsibo/intentsibo
    
    Iruzkinak:
    - Edozein sistemaren deskribapenean parte hartzen duen koordenatu termodinamikok izaera dauka: masarekiko mendekotasuna dauka edo ez. Badauka, estentsiboa da eta ez badauka, intentsiboa.
    - Edozein askatasun-gradurekin lotuta beti daude bi koordenatu termodinamiko, konjokatuak haiek (mekanikako konjokatu kontzeptuaren zentzuan), bata intentsiboa eta beste estentsiboa, izaeraz. Horien bidez soilik eraikiko da askatasun-gradu horrekin lotutako energiarako ekarpena, lehenengo printzipioan parte hartuko duena, ikusiko denez.
    - Aldagairen batek masarekiko mendekotasuna duen edo ez duen jakiteko, honako hau egin behar da: aztergai den sistemaren, dagoen egoeran, kopia (mentala) egin eta haren aldamenean ezarri (mentalki), sistemak eta kopiak sistema konposatu osoa osatzeko asmoz. Sistema konposatuaren egoera berria definitzen dituzten aldagaiak aztertu behar dira, ondoren. Esaterako, masa bikoiztu egin da, jakina; eta bolumena ere bai, beraz, bolumena estentsiboa da. Eta presioa?..presioa intentsiboa da.
1.2 Termodinamikaren helburua
- Zemansky liburua
- Callen liburua
Jakina, bietan modu berean planteatzen da helburua:
- aztergai den [sistema] $_{1}$
- hasierako [oreka-egoeran dago] $_{2}$
- [prozesuren] $_{3}$ bat [martxan jartzen] $_{4}$ da
- [iragarri] $_{5}$ behar da zer bukaerako oreka-egoeratan bukatuko duen sistemak
Azpiindizedunak dira azaldu beharreko kontzeptuak, horiek dira hain zuen ere teoria eraiki ahala argituz joango direnak: zer den sistema eta nola definituta dagoen, zer den oreka-egoera, zer den eta zer ez den prozesua, nola definitu behar den; zer esan nahi duen prozesua martxan jartzeak eta nola iragarri behar den, zer tresna dagoen iragartzeko.
1.3 Sistemaren oreka-egoera
- koordenatu termodinamiko independenteak
  Esperientziaren arabera, zenbait sistemaren kasuan, haren deskribapenean parte hartzen duten aldagai termodinamiko batzuen balioak era independenteak aldatu daitezke sistemaren egoera aldatu gabe: aldagai horiei independente deritzo.
- oreka-egoera orokorra: (sistema-horma-ingurunea) hirukotea
  
  Sistema termodinamiko baten deskribapenean parte hartzen duten aldagai termodinamikoen balioak aldatzen ez diren kasuan, oreka-egoeran dago sistema
  
  Edozein izan daiteke aipatutako aldagaien balioen aldaketaren jatorria, ikusiko denez: sistema bera, hots, berez gertatzen da aldaketa sistemaren barnean; baina, askotan, gehienetan, aldaketa dator sistema eta ingurunearen arteko elkarrekintzari esker. Hau da, sistema eta ingurunea banatzen dagoen bereizte-hormaren izaerak ahalbidetuko du, edo ez, benetan, elkarrekintza egoten eta, orduan, ingurunean gertatutako aldaketak islatuko dira sisteman; ingurunean gertatutako aldaketek eragina izango dute sistemaren aldagaien balioetan… Edo ez, bereizte-hormaren izaera bikoaren arabera.