Przedmowa do wydania I 10

Przedmowa do wydania II 11

Przedmowa do wydania III 12

Wykaz ważniejszych oznaczeń13

1. Wiadomości wstępne 17

1.1. Fenomenologiczny opis materii 17

1.2. Wielkości ekstensywne (WE) 19

1.3. Kryteria istnienia granicy pozornej 19

1.4. Gęstość zasobów wielkości substancjalnych (WS) oraz wielkości komponencjalnych (WK) 21

1.5. Prędkość substancjalna i komponencjalna 23

1.6. Wielkości intensywne (WI) 24

1.7. Pęd cieplny i energia kinetyczna zbioru cząsteczek substancji 25

1.8. Klasyfikacja energii 26

1.9. Wielkości referencjalne 27

1.10. Obszar substancjalny, niesubstancjalny oraz komponencjalny 28

1.11. Zasady zapisu tensorów w symbolice kreskowej 29

1.12. Różniczka i pochodna referencjalna wielkości polowej 31

1.13. Pochodna substancjalna i komponencjalna skalarnych i wektorowych wielkości polowych 34

1.14. Kryteria istnienia pól stacjonarnych i jednorodnych 35

1.15. Zastosowanie jakobianów w termodynamice 36

1.15.1. Analiza właściwości jakobianów 37

1.15.2. Tożsamości termodynamiczne 40

1.16. Określenie rzędu elementarnych przyrostów zasobu objętości i zasobu masy

w układzie 43

2. Zerowa zasada termodynamiki 47

2.1. Parametry stanu i funkcje stanu 47

2.2. Układ, faza układu, równowaga i odwracalność termodynamiczna 47

2.3. Procesy kwazistatyczne w termodynamice 49

2.4. Osłona, adiabatyczna i diatermiczna 49

2.5. Temperatura układu 50

2.6. Ciśnienie w układzie 50

2.7. Sformułowanie zerowej zasady termodynamiki 53

3. Gazy doskonałe, półdoskonałe i rzeczywiste 55

3.1. Model gazu doskonałego 55

3.2. Termiczne współczynniki rozszerzalności i prężności oraz izotermiczny współczynnik ściśliwości 55

3.3. Prawo izobary Gay-Lussaca 56

3.4. Prawo izochory Charlesa 58

3.5. Prawo izotermy Boyle’a-Mariotte’a 59

3.6. Równanie stanu gazu doskonałego Clapeyrona. Indywidualna stała gazowa 60

3.7. Prawo Avogadra. Liczba Avogadra 62

3.8. Molowa gęstość zasobu objętości. Uniwersalna stała gazowa 62

3.9. Pojemnośćcieplna substancji 64

3.10. Gazy półdoskonałe 65

3.11. Gazy rzeczywiste 65

3.12. Prawo stanów odpowiadających sobie 68

3.13. Skala temperatury termometru gazowego 70

3.14. Równanie stanu gazu rzeczywistego van der Waalsa 71

3.15. Równanie stanu gazu rzeczywistego Berthelota 76

3.16. Równanie stanu gazu rzeczywistego Dietericiego 77

4. Termodynamika fazy gazowej wieloskładnikowej 79

4.1. Objętościowa gęstość zasobu ilości moli mieszaniny 79

4.2. Objętościowa gęstość zasobu ilości moli składnika mieszaniny 80

4.3. Koncentracja składnika mieszaniny 81

4.4. Molowa koncentracja składnika mieszaniny 81

4.5. Prawo Daltona 81

4.6. Ciśnienie składnika mieszaniny 82

4.7. Ułamek molowy składnika mieszaniny 83

4.8. Udział masowy składnika mieszaniny 84

4.9. Parcjalna gęstość zasobu objętości 85

4.10. Masowa gęstość zasobu objętości składnika mieszaniny 88

4.11. Udział objętościowy składnika mieszaniny 89

4.12. Gęstość strumienia dyfuzji 90

4.13. Równanie ciągłości dyfuzji 92

5. Pierwsza zasada termodynamiki 95

5.1. Klasyfikacja transportu energii 95

5.2. Ciepło 96

5.3. Praca 96

5.3.1. Równanie Pfaffa 97

5.3.2. Praca bezwzględna Objętościowa99

5.3.3. Praca uogólniona 101

5.3.4. Praca uogólniona zewnętrzna 102

5.3.5. Praca uogólniona wewnętrzna 103

5.3.6. Praca tarcia 103

5.3.7. Praca elementarna 104

5.3.8. Praca techniczna 104

5.3.9. Masowe gęstości ilości pracy elementarnej, bezwzględnej objętościowej, uogólnionej i technicznej 105

5.3.10. Mechaniczny równoważnik ciepła i cieplny równoważnik pracy 107

5.4. Energia wewnętrzna 109

5.5. Aksjomat bilansowy dla wielkości ekstensywnych (WE) 110

5.6. Bilans podstawowy dla wielkości ekstensywnych (WE) 111

5.7. Substancjalny bilans zasobu energii wewnętrznej (EW) dla wielkości ekstensywnych (WE) 112

5.8. Sformułowanie pierwszej zasady termodynamiki dla  wielkości  ekstensywnych (WE) 117

5.9. Bilans energii wewnętrznej (EW) w punkcie substancjalnym 119

5.10. Sformułowanie równania pierwszej zasady termodynamiki dla wielkości intensywnych (WI) 128

5.11. Funkcje termodynamiczne entalpii oraz entalpii uogólnionej 129

5.12. Uogólniony bilans zasobu energii wewnętrznej dla układu otwartego 131

5.13. Sformułowanie równania pierwszej zasady termodynamiki dla układu otwartego 134

6. Druga zasada termodynamiki i jej konsekwencje 135

6.1. Przemiany nierównowagowe 135

6.2. Entropia. Sformułowanie drugiej zasady termodynamiki 136

6.3. Statystyczna interpretacja entropii 139

6.4. Uogólnione ciepło właściwe substancji 144

6.5. Równanie Gibbsa 147

6.6. Funkcja jednorodna. Tożsamość Eulera 149

6.7. Funkcja termodynamiczna entalpii swobodnej oraz uogólnionej entalpii swobodnej 150

6.8. Funkcja termodynamiczna energii swobodnej 153

6.9. Termodynamiczne kryteria równowagi 154

6.10. Uogólniony izobaryczno-izotermiczny potencjał termodynamiczny 158

6.11. Warunki równowagi w układzie izolowanym 162

6.12. Potencjał chemiczny. Potencjał elektrochemiczny 165

6.13. Równanie Gibbsa-Duhema 169

6.14. Uogólnione termodynamiczne równania Maxwella 170

6.15. Różnica między ciepłami właściwymi przy stałej sile i przy stałej współrzędnej uogólnionej. Równanie Meyera 173

6.16. Równania ciepła z uwzględnieniem drugiej zasady termodynamiki 175

6.17. Prawo Joule’a 176

6.18. Energia wewnętrzna układu substancjalnego oddziałującego z otoczeniem w prze- mianie izochorycznej 180

7. Podstawowe funkcje termodynamiczne gazów doskonałych i półdoskonałych 181

7.1. Energia wewnętrzna gazu doskonałego i półdoskonałego 181

7.2. Entalpia gazu doskonałego i półdoskonałego 182

7.3. Entropia gazu doskonałego i półdoskonałego 183

8. Przemiany termodynamiczne 186

8.1. Przemiana izochoryczna 186

8.2. Przemiana izobaryczna 188

8.3. Przemiana izotermiczna 190

8.4. Przemiana izentropowa (adiabata odwracalna) 192

8.5. Przemiana politropowa 194

8.6. Przemiany gazu doskonałego w układach otwartych 198

8.6.1. Napełnianie zbiornika 198

8.6.2. Opróżnianie zbiornika 201

8.6.3. Ogrzewanie gazu w zbiorniku otwartym 202

9. Analiza funkcji termodynamicznych gazów rzeczywistych 205

9.1. Ciepło właściwe gazu rzeczywistego przy stałej objętości 205

9.2. Ciepło właściwe gazu rzeczywistego przy stałym ciśnieniu 206

9.3. Funkcja termodynamiczna energii wewnętrznej gazów rzeczywistych 208

9.4. Funkcja termodynamiczna entalpii gazów rzeczywistych 209

9.5. Funkcja termodynamiczna entropii gazów rzeczywistych 211

9.6. Zjawisko Joule’a-Gay-Lussaca 212

9.7. Zjawisko Joule’a-Thomsona 214

9.8. Efekt zjawiska Joule’a-Thomsona 216

9.9. Ciepło neutralizacji całkowitego efektu zjawiska Joule’a-Thomsona 221

9.10. Skraplanie gazów 224

10. Para 229

10.1. Proces izobarycznego parowania 229

10.2. Ciepło przemiany fazowej parowania 232

10.3. Ciepło przemiany fazowej sublimacji 234

10.4. Równanie Clausiusa-Clapeyrona 235

10.5. Stopień suchości pary mokrej 236

11. Gazy wilgotne. Powstawanie gazu wilgotnego 238

12. Obiegi termodynamiczne 242

12.1. Model doskonałej tłokowej maszyny przepływowej 244

12.2. Praca indykatorowa i wykresowa 245

12.3. Praca wewnętrzna (internijna) 246

12.4. Praca efektywna 246

12.5. Lokalne równanie zasobu entalpii dla urządzeń przepływowych 247

12.6. Praca odwracalnego obiegu prawo- i lewobieżnego 251

12.7. Praca nieodwracalnego obiegu prawo- i lewobieżnego 252

12.8. Bilanse zasobu entalpii dla nieodwracalnych obiegów prawo- i lewobieżnych

o ustalonych strumieniach przepływu czynnika 253

12.9. Sprawność termiczna obiegu prawobieżnego 257

12.10. Sprawność termiczna obiegu lewobieżnego 257

12.11. Odwracalny obieg Carnota 259

12.12. Teoremat Carnota 260

12.13. Termodynamiczna skala temperatury Kelvina 262

12.14. Obieg porównawczy Otta 264

12.15. Obieg porównawczy Diesla 265

12.16. Obieg porównawczy Sabathégo 267

12.17. Obieg porównawczy Joule’a 268

12.18. Sprawności i moce silników spalinowych 271

12.19. Sprężarki tłokowe 273

13. Przemiany fazowe 279

13.1. Reguła faz Gibbsa 282

13.2. Przemiany fazowe pierwszego i drugiego rodzaju 282

13.3. Termodynamika przemian fazowych 286

14. Trzecia zasada termodynamiki 289

14.1. Równanie Gibbsa-Helmholtza 289

14.2. Całka równania Gibbsa-Helmholtza 291

14.3. Teoremat Nernsta 292

14.4. Sformułowanie trzeciej zasady termodynamiki 294

14.5. Konsekwencje trzeciej zasady termodynamiki 295

15. Kinetyczna teoria gazów 296

15.1. Kinetyczna teoria ciśnienia gazu 297

15.2. Porównanie praw gazu doskonałego z wynikami kinetycznej teorii gazów 306

15.3. Ekwipartycja energii 310

15.4. Rozkład prędkości Maxwella 312

15.4.1. Przestrzeń prędkości 312

15.4.2. Zderzenia sprężyste cząsteczek 316

15.4.3. Obliczenie stałych i funkcji objętościowej gęstości zasobu ilości cząsteczek gazu o zasobie energii 318

15.4.4. Rozkład zasobu ilości cząsteczek w funkcji modułów ich prędkości 322

15.5. Prędkość średnia i prędkość średniej kwadratów prędkości 326

15.6. Prędkość najbardziej prawdopodobna 327

15.7. Średnia droga swobodna 328

15.8. Prawdopodobieństwo przebycia drogi swobodnej przez cząsteczkę 331

15.9. Częstość zderzeń cząsteczek 332

15.10. Gęstość strumienia wymiany ilości cząsteczek gazu 333

15.11. Efuzja molekularna 335

15.12. Gęstość strumienia wymiany ilości cząsteczek pary 337

15.13. Współczynniki w zjawiskach transportu 338

16. Kinetyczna teoria promieniowania 346

16.1. Pudło izotermiczne 346

16.2. Zasób ilości oscylatorów promieniowania w pudle izotermicznym 346

16.3. Objętościowa gęstość zasobu ilości oscylatorów promieniowania 348

16.4. Funkcja rozkładu widmowego objętościowej gęstości zasobu ilości oscylatorów promieniowania 350

16.5. Funkcja rozkładu widmowego objętościowej gęstości zasobu energii promieniowania w ujęciu klasycznym 351

16.6. Funkcja rozkładu widmowego objętościowej gęstości zasobu energii promieniowania według Wiena 353

16.7. Średni zasób energii promieniowania oscylatora w przedziale całego pola dozwolonych poziomów energetycznych (kwantowa hipoteza Plancka) 354

16.8. Funkcja rozkładu widmowego objętościowej gęstości zasobu energii promieniowania w ujęciu Plancka 358

16.9. Objętościowa gęstość zasobu energii promieniowania w ujęciu Plancka 360

16.10. Funkcja rozkładu widmowego wektora gęstości strumienia wymiany energii promieniowania 361

16.11. Wektor gęstości strumienia wymiany energii promieniowania. Prawo promieniowania Stefana-Boltzmanna 363

16.12. Prawo przesunięć Wiena 363

16.13. Ciśnienie promieniowania 364

16.14. Określenie objętościowej gęstości zasobu energii promieniowania przy wykorzystaniu pierwszej i drugiej zasady termodynamiki 366

16.15. Adiabatyczne rozprężanie promieniowania 368

16.16. Teoria Debye’a ciepła właściwego ciał stałych 369

16.17. Elektronowe ciepło właściwe 371

16.18. Inwersja obsadzeń372

16.19. Mechanika atomów i cząstek 377

16.20. Równanie falowe Schrödingera we współrzędnych prostokątnych 383

16.21. Wartości oczekiwane 393

16.22. Równanie falowe Schrödingera we współrzędnych sferycznych 397

16.23. Orbitalny moment pędu 403

16.24. Studnia potencjału o skończonej głębokości 410

16.25. Zjawisko tunelowe 415

16.26. Kwantowy oscylator harmoniczny 419

16.27. Energia translacyjna, rotacyjna i oscylacyjna cząsteczki 424

16.28. Energia zbioru cząsteczek w ujęciu molekularnym 433

16.29. Nierozróżnialności statystyka kwantowa 446

16.30. Rozkłady statystyczne 453

16.30.1. Rozkład mikrokanoniczny 454

16.30.2. Rozkład kanoniczny 455

16.30.3. Wielki rozkład kanoniczny 460

16.30.4. Zespół statystyczny 464

16.30.5. Hipoteza ergodyczna Boltzmanna 465

16.31. Statystyki kwantowe Fermiego-Diraca oraz Bosego-Einsteina 467

16.32. Zastosowanie rozkładu Boltzmanna do przybliżenia rozkładów kwantowych 472

16.33. Termodynamika lasera 474

16.34. Gaz fotonowy i fononowy 480

16.35. Kondensacja Bosego. Funkcja gęstości stanów 480

16.36. Ciekły hel 485

16.37. Gaz elektronów swobodnych 486

16.38. Emisja termoelektronowa równanie Richardsona 488

16.39. Potencjał kontaktowy 492

17. Wymiana ciepła w procesie promieniowania 495

17.1. Analiza promieniowania 495

17.1.1. Bilans zasobu energii promieniowania 495

17.1.2. Strumień emisji energii promieniowania 497

17.1.3. Wektor gęstości strumienia emisji energii promieniowania 497

17.1.4. Funkcja rozkładu widmowego wektora gęstości strumienia emisji energii promieniowania 497

17.1.5. Wektor gęstości strumienia ukierunkowanej emisji energii promieniowania (intensywność lub światłość promieniowania) 498

17.1.6. Funkcja rozkładu widmowego wektora gęstości strumienia ukierunkowanej emisji  energii  promieniowania  (monochromatyczna  intensywność lub monochromatyczna światłość promieniowania) 499

17.2. Synteza promieniowania 484

17.3. Emisyjnośc´. Prawo Lamberta 501

17.4. Bilans zasobu energii promieniowania monochromatycznego dla ciał nieprzeźroczystych. Prawo Kirchhoffa 508

17.5. Wymiana ciepła pomiędzy promieniującymi powierzchniami 511

17.6. Promieniowanie substancji częściowo przeźroczystych 516

17.6.1. Bilans strumienia emisji energii promieniowania dla ośrodka częściowo przeźroczystego 516

17.6.2. Strumienie emisji oraz wymiany energii promieniowania 519

18. Wymiana ciepła w procesie przewodzenia 521

18.1. Równanie Fouriera-Kirchhoffa 521

18.2. Równanie przewodnictwa cieplnego 524

18.3. Warunki brzegowe dla wymiany ciepła z otoczeniem 528

18.4. Ciepło akumulacji i temperatura średnia 531

19. Wymiana ciepła przez unoszenie 540

19.1. Prawo Newtona przejmowania ciepła 540

19.2. Konwekcja wymuszona 542

19.3. Konwekcja swobodna 546

20. Złożona wymiana ciepła 550

21. Termodynamika stanów nierównowagowych 554

21.1. Referencjalny bilans objętościowej gęstości zasobu entropii 554

21.2. Klasyczne i lokalne ujęcie drugiej zasady termodynamiki 557

21.3. Źródło entropii 560

21.4. Termodynamika procesów nieodwracalnych 563

21.5. Liniowe równania fenomenologiczne 565

21.6. Efekty krzyżowe i zasada Curie 566

21.7. Źródło entropii jako kwadratowa funkcja bodźców termodynamicznych 566

21.8. Stany stacjonarne według Prigogine’a 569

21.9. Teoria fluktuacji 571

21.10. Zasada mikroskopowej odwracalności 575

21.11. Czwarta zasada termodynamiki Onsagera i założenia dotyczące prawa zaniku fluktuacji 576

21.12. Liniowa nieosobliwa transformacja przepływów i bodźców termodynamicznych 578

21.13. Ewolucja produkcji źródła entropii w czasie 581

21.14. Równoważność definicji stanów stacjonarnych według Prigogine’a i fenomenologicznej 583

21.15. Trwałość stanów stacjonarnych 585

21.16. Wyznaczanie źródła entropii 587

Dodatek A. Rozkład Boltzmanna 589

Dodatek B. Operatory momentu pędu we współrzędnych sferycznych 595

Stałe fizyczne 600

Alfabet grecki 601

Wielokrotności i podwielokrotności jednostek miar 601

Bibliografia 602

Skorowidz 603

• Title: Termodynamika
• Author: Zbigniew Wrzesiński
• ISBN: 978-83-8156-507-3, 9788381565073
• Date of issue: 2023-03-31
• Format: Ebook
• Item ID: e_37ka
• Publisher: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej