מידע על הקורס

‫שנקר – בי"ס גבוה להנדסה ולעיצוב‬
‫המחלקה להנדסה כימית‬
‫רח' אנה פרנק ‪ ,21‬רמת גן ‪51515‬‬
‫טל' המחלקה‪30-5223301 :‬‬
‫שם הקורס‪:‬‬
‫קוד הקורס‪:‬‬
‫שם המרצה‪:‬‬
‫משרד‪:‬‬
‫דוא"ל‪:‬‬
‫מס' טל'‬
‫היקף הקורס‪:‬‬
‫דרישות קדם‪:‬‬
‫פרטי קורס‪:‬‬
‫תרמודינמיקה ‪Thermodynamics 1 - 1‬‬
‫‪3012808‬‬
‫פרופ' צבי קורן‬
‫מרכז אדלשטיין‪ ,‬קומה מעל קומת המינהל האקדמי‪ ,‬בניין הקפטריה‬
‫‪[email protected]‬‬
‫משרד‪ ,03-6110011 :‬נייד‪054-8050066 :‬‬
‫הרצאה‪ 2 :‬ש"ש (שעה וחצי נטו ברציפות)‪ ,‬תרגול‪ 1 :‬ש"ש‬
‫נ"ז;‬
‫‪2.5‬‬
‫כימיה כללית ‪ ,2‬כימיה פיזילית‪ ,‬מתמטיקה ‪2‬‬
‫שנה ב'‪ ,‬סמסטר ב'‬
‫מטרות הקורס‪:‬‬
‫תרמודינמיקה היא מקצוע העוסק בתחומים רחבים למדי הקשורים להנדסה‪ ,‬כימיה‪ ,‬פיזיקה‪ ,‬ביולוגיה‬
‫ואפילו גם למדעי הכלכלה והחברה‪ .‬הקורס ידון בתחומים חשובים מאד לתעשייה הכימית המודרנית‬
‫ולמחקרים מדעיים‪ .‬המילה "תרמודינמיקה" מורכבת משתי מילים המביעים את השינויים באנרגיה של‬
‫תהליכים כימיים ופיזיקליים‪ .‬הבנת ומדידות האנרגיות הקשורות בתהליכים אלה יאפשרו שליטה על‬
‫התגובה וליעילות טובה יותר ליצירת המוצר‪ .‬כמו כן‪ ,‬שיקולים תרמודינמיים הכרחיים ליצירת אנרגיה‬
‫יעילה‪ ,‬כדוגמה‪ ,‬ע"י מכונות שונות‪ ,‬מנועים‪ ,‬ומערכות אלקטרוכימיות‪ .‬קורס ההמשך‪ ,‬תרמודינמיקה ‪,2‬‬
‫ירחיב את התמונה התרמודינמית‬
‫ביבליוגרפיה‪:‬‬
‫ספרות כללית‪:‬‬
‫‪ ‬כל ספר בתרמודינמיקה כימית )‪ (Chemical Thermodynamics‬או בעקרונות תרמודינמיקה בהנדסה‬
‫כימית )‪.(Principles of Chemical Engineering Thermodynamics‬‬
‫‪ ‬הפרקים הרלוונטיים מתוך כל ספר בכימיה פיזיקלית )‪(Physical Chemistry‬‬
‫ספרות ספציפית‪:‬‬
‫‪1. Smith J.M., Van Ness H.C. and Abbott M.M. Introduction to Chemical Engineering‬‬
‫‪Thermodynamics, 7th Edition, McGraw-Hill Publishing, 2005.‬‬
‫‪2. Atkins P.W. and de Paula J., Atkins' Physical Chemistry, 8th Edition, Oxford University‬‬
‫‪Press, 2006.‬‬
‫הרכב הציון‪:‬‬
‫הציון הסופי בקורס יהיה שקלול של הפריטים הבאים‪:‬‬
‫‪ ‬תרגילי הגשה בתירגול‬
‫‬
‫‪©œ¨¬°¨š©¡Ÿ› ‬‬
‫‪ ‬מבחן סופי‬
‫המבחן מורכב מכל החומר שהועבר בסמסטר‪.‬‬
‫‪ ‬איכות ההשתתפות‬
‫תרומתכם החיובית לעליית רמת השיעור בשאלות או תשובות חדות בשיעור ומחוץ לשיעור‪.‬‬
‫במקרים חמורים‪ ,‬ובהחלט לא‪-‬רצויים‪ ,‬התנהגות לא הולמת בשיעור עלולה להוריד את ציון‬
‫הסופי‪ ,‬אז "נא להתנהג בהתאם"‪.‬‬
‫זמן התחלת השיעור‪:‬‬
‫על מנת שלא יהיו הפרעות לכולנו מאיחורים‪ ,‬החל מהשיעור השני כל הרצאה תתחיל בדיוק בזמן‪ ,‬ולטובת‬
‫הנוכחים‪ ,‬סטודנטים המאחרים לא יוכנסו לכיתה‪.‬‬
‫הורדת חומר לימוד‪:‬‬
‫ניתן להוריד את השקופיות להרצאות מתוך אתר הקורס שיפורסם‪ .‬הודעה תשלח לכם כאשר המצגות יהיו‬
‫מוכנות‪ .‬מומלץ וחשוב מאד להביא תדפיס שקופיות של הנושא הרלוונטי לכל הרצאה‪.‬‬
‫שירות במילואים‪:‬‬
‫ראשית‪ ,‬כל אלה שמשרתים במילואים תבוא עליהם ברכה ותודה על הגנת המדינה‪ .‬אנא לא לדאוג לעניין‬
‫הבחנים הניתנים בתקופת השירות ותרגילי הגשה; אנו נבוא לקראתכם ונעזור לכם לחזור ללימודים‪.‬‬
‫בבקשה‪ ,‬עליכם להודיע לי ולמתרגל‪/‬ת בדוא"ל לפני יציאתכם למילואים ונא לצרף עותק של המכתב המציין‬
‫את תאריכי השירות‪ .‬ושוב תודה לכם וברוך שובכם‪.‬‬
‫פרופ' צבי קורן – תרמודינמיקה ‪ – 1‬סילבוס והוראות –‬
‫‪21/07/2010‬‬
‫עמוד ‪ 1‬מתוך ‪5‬‬
‫שנקר – בי"ס גבוה להנדסה ולעיצוב‬
‫המחלקה להנדסה כימית‬
‫רח' אנה פרנק ‪ ,21‬רמת גן ‪51515‬‬
‫טל' המחלקה‪30-5223301 :‬‬
‫כללי התנהגות בשיעורים‪:‬‬
‫‪ ‬נוכחות‬
‫על מנת שתוכלו להצליח ולהפיק את המקסימום במסגרת הלימודים בשנקר‪ ,‬כפי שמחקרים רבים הראו‪,‬‬
‫נוכחות בהרצאות פרונטליות ובשיעורי תירגול היא הכרחית כדי לרכוש את הידע המועבר‪ ,‬והיא מאפשרת‬
‫הצלחה בקורס‪ .‬במיוחד‪ ,‬נוכחות בהרצאות מעניקה את "הטעם" של הקורס כאשר קריאת החומר בלבד‬
‫לא מספקת‪ .‬לפיכך‪ ,‬למרות שנוכחות היא לא "חובה" בצורה פורמלית‪ ,‬לטובתכם עליכם להיות נוכחים‬
‫בהרצאות ובתירגולים‪ ,‬ולא להסתמך על "קריאת החומר" בלבד‪.‬‬
‫‪ ‬זמן התחלת השיעור‪:‬‬
‫על מנת שלא יהיו הפרעות לכולנו מאיחורים‪ ,‬החל מהשיעור השני כל הרצאה תתחיל בדיוק בזמן‪ ,‬ולטובת‬
‫הנוכחים‪ ,‬לא יתאפשר לסטודנטים המאחרים להיכנס לכיתה‪ .‬אנא תבואו לפני הזמן לשיעור‪ ,‬לפתוח‬
‫מחברות‪ ,‬כדי שתהיו מוכנים מההתחלה‪ .‬אז אנא תדאגו לכוון את שעונכם לזמן המדוייק‪.‬‬
‫‪ ‬שאלות בכיתה‬
‫אשמח לקבל ולענות על שאלות בכיתה ובבקשה לא "לצעוק" את השאלות אלא להצביע בשקט‪ .‬לפעמים‬
‫לא יהיה די זמן לענות על כל השאלות באמצע ההרצאה‪ ,‬אבל אשמח מאד לעשות כן מיד אחרי תום‬
‫ההרצאה ואחרי כן במשרדי‪.‬‬
‫‪ ‬שיחות פרטיות בעת השיעור‬
‫שיחות בין סטודנטים – אפילו לזמן "קצר" – בעת שהמרצה מנסה להעביר את החומר מפריע לכולם –‬
‫לסטודנטים‪ ,‬למרצה‪ ,‬וגם לסטודנטים המשוחחים‪ .‬לכן‪ ,‬אנא הימנעו מהפעילות הלא‪-‬רצויה הזאת‪.‬‬
‫‪ ‬שימוש בטלפונים ניידים‬
‫כל שימוש בטלפון הוא כמובן אסור‪ ,‬אפילו לשליחת או קבלת מיסרונים‪ .‬בקיצור‪ ,‬אני לא רוצה לראות‬
‫אתכם נוגעים בטלפון בעת השיעור‪ ,‬אלא להכניס אותו עמוק בתוך תיקיכם לפני השיעור‪.‬‬
‫‪ ‬יציאה מהכיתה בעת השיעור‬
‫היציאה מפריעה לשיעור ולכן אני מבקש מכם לא לצאת אלא אם באמת יש צורך‪ .‬אם למישהו יש בעיה‬
‫אז אנא תיידעו אותי בהקדם‪.‬‬
‫‪ ‬סיום ההרצאה‬
‫נא לא לקפל את החפצים שלכם לפני תום ההרצאה מכיוון שהפעולה הזאת מרעישה ומפריעה לסיום‬
‫ההרצאה‪ .‬כל הרצאה תיערך כשעה וחצי‪ ,‬ז"א‪ ,‬לפעמים קצת פחות ולפעמים קצת יותר‪ .‬אז לא‬
‫"להיבהל"‪.‬‬
‫אני מאחל הצלחה רבה לכולכם‪.‬‬
‫בברכת שנה טובה‪,‬‬
‫צבי‬
‫פרופ' צבי קורן‬
‫פרופ' צבי קורן – תרמודינמיקה ‪ – 1‬סילבוס והוראות –‬
‫‪21/07/2010‬‬
‫עמוד ‪ 2‬מתוך ‪5‬‬
‫שנקר – בי"ס גבוה להנדסה ולעיצוב‬
‫המחלקה להנדסה כימית‬
‫רח' אנה פרנק ‪ ,21‬רמת גן ‪51515‬‬
‫טל' המחלקה‪30-5223301 :‬‬
‫נושאי הלימוד ‪ -‬סילבוס‪:‬‬
‫(ייתכנו שינויים בסילבוס לפי הצורך)‬
‫גזים אידיאליים – היבטים מתקדמים‬
‫תיאוריה מולקולרית קינטית של גז אידיאלי‬
‫המודל והַאקסיֹומֹות‬
‫מהירויות מולקולריות ממוצעות‬
‫פיתוח תיאורטי של משוואת גז אידיאלי‬
‫חוקי גז אידיאלי‬
‫משתני מצב ומשוואת מצב‬
‫יחסי לחץ‪-‬נפח‪-‬טמפרטורה‬
‫מדידות לחץ ע"י מנומטרים‬
‫איזותרמות חוק בויל ‪ ,‬איזוברים חוק צ'רלס – גיי‪-‬לּוסק‪ ,‬חוק אבוגדרו‬
‫תכונות תנועתיות‬
‫משוואת האנרגיה הבסיסית לתנועה מולקולרית – עקרון חלוקה‪-‬שווה של האנרגיה‬
‫התפלגות מקסוול‪-‬בֹולצמן של מהירויות מולקולריות‬
‫מהירות ממוצעת‪ ,‬מהירות שורש‪-‬ממוצע‪-‬הריבועים‪ ,‬מהירות המסתברת ביותר‬
‫חוק גרהם למהירויות מולקולריות‬
‫מהירות ממוצעת יחסית‬
‫תדירות ההתנגשויות בין‪-‬מולקולריות וקוטר ההתנגשות‬
‫ממוצע מסלול חופשי‬
‫חוק דלטון ללחצים חלקיים ושבר מֹולי‬
‫קביעת משקל המולקולרי לפי משוואת גז אידיאלי‬
‫שיטות קירוב‬
‫שיטת רגנולט לגזים בטמפרטורת החדר‬
‫שיטת דומס לנוזלים נדיפים‬
‫שיטה מדויקט יותר‬
‫שיטת צפיפויות מגבילות‬
‫גזים לא‪-‬אידיאליים ונוזלים‬
‫משוואת לנרד‪-‬ג'ֹונס לאנרגיית אינטראקציה בין‪-‬מולקולרית‬
‫משיכה ודחייה‬
‫גורם דחיסות – "דחיסיות"‬
‫משמעות התכונה‬
‫יחסי גרפיים לגזים שונים‬
‫איזותרמות‬
‫טמפרטורת בֹויל‬
‫משוואת וון דר וולס‬
‫תיקונים למשוואה האידיאלית‬
‫פרמטרי כוח ונפח‬
‫המשוואה הקובית‬
‫איזותרמות וון דר וולס מול איזותרמות ניסוייות‬
‫כיפת הפאזות‬
‫השורשים במשוואת וון דר וולס‬
‫נקודת הפיתול ונקודה הקריטית‬
‫עקרון רצף המצבים של גז‪-‬נוזל‬
‫חישוב הקבועים‬
‫שיטה ּפֹולינומית אלגברית‬
‫שיטה דיפרנציאלית‬
‫משוואת המצב המצומצמת‬
‫עקרון מצבים תואמים‬
‫יחס וון דר וולס אוניברסלי‬
‫יחס גורם‪-‬דחיסות – הלחץ‪-‬המצומצם ניסויי‬
‫(המשך)‬
‫פרופ' צבי קורן – תרמודינמיקה ‪ – 1‬סילבוס והוראות –‬
‫‪21/07/2010‬‬
‫עמוד ‪ 3‬מתוך ‪5‬‬
‫שנקר – בי"ס גבוה להנדסה ולעיצוב‬
‫המחלקה להנדסה כימית‬
‫רח' אנה פרנק ‪ ,21‬רמת גן ‪51515‬‬
‫טל' המחלקה‪30-5223301 :‬‬
‫משוואת ברתלֹוט‬
‫משוואת רדליך‪-‬קוֹונג (משוואה קובית)‬
‫משוואה הוויריאלית של קמרלינג‪-‬אונס‬
‫המקדמים הוויריאליים כפונקציה של טמפרטורה‬
‫חישוב טמפרטורת בויל‬
‫גורם הדחיסות ומקדמים הוויריאליים‬
‫משוואת ביטי‪-‬בריג'מן‬
‫ספציפית בלחץ וספציפית בנפח‬
‫יחסי צפיפויות אדים ונוזל וצפיפות בנקודה הקריטית‬
‫צמיגות‬
‫גזים ונוזלים‬
‫מקדם צמיגות‬
‫משוואת סטוקס‬
‫החוק האפס בתרמודינמיקה‬
‫שיווי משקל תרמי וטמפרטורה‬
‫תרמודינמיקה‬
‫נושאים בתרמודינמיקה‬
‫אנרגיה פנימית‬
‫צורות אנרגיה‪ :‬אנרגיות קינטיות ואנרגיות פוטנציאליות‬
‫יחידות אנרגיה‬
‫המערכת והסביבה‬
‫קיר דיאתרמי וקיר אדיאבטי‬
‫פונקציות מצב ופונקציות דרך‬
‫החוק הראשון בתרמודינמיקה‬
‫החוק עבור שינויים מזעריים ושינויים ממשיים‬
‫חום‪ ,‬עבודה‪ ,‬ושינוי באנרגיה‬
‫דיפרנציאל מדויק (מסויים) ודיפרנציאל בלתי מסוים‬
‫משפט מתמטי לפונקצית מצב ולפונקצית דרך‬
‫ערכי האינטגרלים‬
‫כלי מתמטי לקביעת סוג הדיפרנציאל‬
‫האנרגיה כפונקצית מצב‬
‫השוני המולקולרי בין חום ועבודה‬
‫עבודה – הגדרה לפי שינויים בסביבה‬
‫דוגמאות של עבודה וחום כפעולות דרך‬
‫תכונות אינטנסיביות ותכונות אקסטנסיביות‬
‫עבודה‬
‫עבודה לפי כוח והעתקה‬
‫סימן למשוואת עבודה‬
‫צורה דיפרנציאלית וצורה אינטגרלית‬
‫סוגים שונים של עבודה‬
‫עבודה גרביטציונית‬
‫עבודת התפשטות‪/‬דחיסה‬
‫עבודה לפי לחץ ושינוי בנפח‬
‫עבודה איזוברית‬
‫עבודה נגד משקל קבוע‬
‫עבודה נגד האטמוספירה‬
‫עבודת אידוי‪/‬עיבוי‬
‫עבודה חופשית‬
‫(המשך)‬
‫פרופ' צבי קורן – תרמודינמיקה ‪ – 1‬סילבוס והוראות –‬
‫‪21/07/2010‬‬
‫עמוד ‪ 4‬מתוך ‪5‬‬
‫שנקר – בי"ס גבוה להנדסה ולעיצוב‬
‫המחלקה להנדסה כימית‬
‫רח' אנה פרנק ‪ ,21‬רמת גן ‪51515‬‬
‫טל' המחלקה‪30-5223301 :‬‬
‫עבודה איזוכורית‬
‫עבודה הפיכה‬
‫עבודה הפיכה ואיזותרמית לגז אידיאלי ולא‪-‬אידיאלי‬
‫עבודה כשטח אינטגרלי‬
‫עבודת התפשטות חד‪-‬שלבית ורב‪-‬שלבית‬
‫עבודה מקסימלית‬
‫עבודת דחיסה חד‪-‬שלבית ורב‪-‬שלבית‬
‫עבודה מינימלית‬
‫עבודה הפיכה מול עבודה בלתי הפיכה‪ :‬סיכומים‬
‫יעילות של תהליך ממשי לעומת תהליך הפיך בהתפשטות ובדחיסה‬
‫סוגים אחרים של עבודה‬
‫חום‪ ,‬אנתלפיה‪ ,‬וקיבול חום‬
‫אנתלפיה – הגדרה‬
‫משמעות שינוי באנתלפיה כחום איזוברי‬
‫משמעות שינוי באנרגיה כחום איזוכורי‬
‫קיבול חום סגולי ומולרי‬
‫יחידות‬
‫קיבול חום איזוברי‬
‫קיבול חום איזוכורי‬
‫הגודל היחסי בין קיבולי החום‬
‫קיבולי חום למוצק‪ ,‬נוזל‪ ,‬וגז‬
‫חישובים של שינויים באנרגיה ובאנתפיה לפי שינויים בטמפרטורה‬
‫קלורימטר בומבה למדידת חום השריפה‬
‫משוואת מצב ודרגות חופש‬
‫שינויים מזעריים באנרגיה ובאנתלפיה‬
‫לכל חומר ולגז אידיאלי‬
‫מקדם לחץ פנימי‬
‫למערכות יציבות ולא יציבות‬
‫כלי מתמטי‪ :‬היחס בין נגזרות חלקיות דומות‬
‫היחס בין קיבולי החום האיזוכורי והאיזוברי‬
‫לכל חומר ולגז אידיאלי‬
‫ביטויים שונים‬
‫קיבול חום כפונקציה של טמפרטורה‬
‫היבטים מולקולריים לקיבול חום לגז אידיאלי‬
‫קביעת ערך קיבול חום לגז אידיאלי לפי תנועות האטומים‬
‫העתקה‪ ,‬סיבוב‪ ,‬ותנודה‬
‫קיבול חום למוצק‬
‫חוק דּולֹונג וּפטיט ליסודות מתכתיים‬
‫קיבול חום בטמפרטורות נמוכות לפי תיאוריית דביי‬
‫תהליך אדיאבטי‬
‫תהליך אדיאבטי הפיך ובלתי הפיך‬
‫לגז אידיאלי‬
‫אדיאבטות מול איזותרמות‬
‫תרמוכימיה‬
‫אנתלפיית התגובה (חום התגובה האיזוברי)‬
‫המצב הסטנדרתי (התקני)‬
‫חוק הס לחישוב חום התגובה מתגובות שונות‬
‫חום ההיווצרות‬
‫חוק קירכהוף לחום התגובה כפונקציה של טמפרטורה‬
‫פיתוח דיפרנציאלי‬
‫פיתוח לפי חוק הס‬
‫הקשר בין חום התגובה האיזוברי והאיזוכורי‬
‫חום לתהליכים פיזיקליים לחומר טהור‪.‬‬
‫פרופ' צבי קורן – תרמודינמיקה ‪ – 1‬סילבוס והוראות –‬
‫‪21/07/2010‬‬
‫עמוד ‪ 5‬מתוך ‪5‬‬