Geologická termodynamika - MG440P71

• Anglický název: Geological thermodynamics
• Zajišťuje: Ústav petrologie a strukturní geologie (31-440)
• Fakulta: Přírodovědecká fakulta
• Platnost: od 2011 do 2014
• Semestr: letní
• E-Kredity: 6
• Způsob provedení zkoušky: letní s.:
• Rozsah, examinace: letní s.:3/2, Z+Zk [HT]
• Počet míst: neomezen
• Minimální obsazenost: neomezen
• 4EU+: ne
• Virtuální mobilita / počet míst pro virtuální mobilitu: ne
• Stav předmětu: vyučován
• Jazyk výuky: čeština
• Poznámka: povolen pro zápis po webu
• Garant: prof. David Dolejš, Ph.D.
• Vyučující: prof. David Dolejš, Ph.D.

Anotace

čeština

Kurz podává přehled základních termodynamických vztahů a použití fázových diagramů v mineralogii, petrologii, geochemii,
ložiskové geologii a geofyzice zemského nitra. Jsou probírány hlavní termodynamické vlastnosti a popisy minerálů, směsí, fluid a roztoků, na které navazují demonstrace tří nejvýznamnějších programů - Perplex, Thermocalc a Supcrt. Kurz je určen studentům tvrdé geologie nebo hospodaření s přírodními zdroji ve 3. ročníku, příp. dalším zájemcům o kvantitativní pochopení dějů na naší planetě.

Poslední úprava: Fabbrizio Alessandro, doc., Ph.D. (20.02.2017)

angličtina

This upper-level undergraduate course offers overview of thermodynamic relationships and phase diagram principles
applicable in mineralogy, petrology, geochemistry, economic geology as well as mineral physics. The course has two
sections - the first part concentrates on thermodynamic laws, types of energy and equations of state for solid, liquid and fluid
substances at elevated temperatures and pressures. The second part concentrates on construction features of phase
diagrams, interpretation of phase stabilities, melting and crystallization paths in multicomponent systems and their applications
in geology.

Poslední úprava: Fabbrizio Alessandro, doc., Ph.D. (20.02.2017)

Literatura

Wood B. and Fraser D. (1977): Elementary thermodynamics for geologists. - Oxford University Press, Oxford, 303 s.

Anderson G. M. (2005): Thermodynamics of natural systems. 2nd edition. - Cambridge University Press, Cambridge, 648 s.

Spear F. S. (1993): Metamorphic phase equilibria and pressure-temperature-time paths. - Mineralogical Society of America, 799 s.

Rieder M., Povondra P. (1997): Fázové rovnováhy v geologii. - Karolinum, Praha, 251 + 65 s.

Ehlers E. G. (1972): The interpretation of geological phase diagrams. - W. H. Freeman & Co., Don Mills, 280 s.

Morse S. A. (1980): Basalts and phase diagrams. - Springer Verlag, New York, 493 s.

Ricci J. E. (1966): Phase rule and heterogeneous equilibrium. - Dover, New York, 505 s.

Poslední úprava: Fabbrizio Alessandro, doc., Ph.D. (20.02.2017)

Požadavky ke zkoušce

Zápočet se uděluje za odevzdání a úspěšné vypracování protokolu (min. 75 %). Zkouška probíhá písemnou formou (180 minut) a obsahuje 7-8 příkladů z oblasti termodynamiky pevných fází, směsí, tavenin a roztoků.

Poslední úprava: Fabbrizio Alessandro, doc., Ph.D. (20.02.2017)

Sylabus

čeština

(1) termodynamické zákony, výměna práce a energie, termochemická data a konvence;

(2) termodynamické vlastnosti za zvýšených teplot a tlaků, stavové rovnice pro pevné látky a taveniny;

(3) zákon ideálního plynu, stavové rovnice pro plyny a fluidní fáze do vysokých teplot a tlaků, definice fugacity a fugacitního koeficientu;

(4) výpočet termodynamických vlastností a fázových diagramů pomocí programu Perplex;

(5) termodynamika směsí, totální, molární a parciální veličiny, ideální míšení, definice aktivity a aktivitního koeficientu;

(6) neideální míšení, odvození fázových rovnováh a jejich řešení podle stupňů volnosti;

(7) výpočet stabilních fází a fázových asociací, termometrie, barometrie, oxybarometrie pomocí programu Thermocalc

(8) koncentrační stupnice pro vodné roztoky, rovnováhy, speciace, komplexace, acidobazické a redoxní děje;

(9) termodynamické vlastnosti rozpuštěných látek za zvýšených teplot a tlaků;

(10) výpočet rovnováh mezi minerály a roztoky včetně speciace pomocí programu Supcrt;

(11) simulace termodynamických dat pomocí prvních principů a molekulární dynamiky, úvod do statistické termodynamiky;

(12) souhrnný přehled problematiky, interní konzistence termodynamických dat, modelů a stavových rovnic

Poslední úprava: Fabbrizio Alessandro, doc., Ph.D. (20.02.2017)

angličtina

Geological thermodynamics

(1) 0th law of thermodynamics, absolute temperature, temperature scale, definition of system, boundaries and process, 1st and 2nd law of thermodynamics, exchange and transformations of work and energy during reversible and irreversible processes, state variables;

(2) energy functions, Legendre transformations, Maxwell relationships, Clausius-Clapeyron equation, 3rd law of thermodynamics;

(3) thermodynamic properties at elevated temperatures and pressures, heat capacity, thermal expansion, isothermal compressibility, bulk modulus, thermochemical conventions;

(4) ideal gas law, definition of fugacity, van der Waals, Redlich-Kwong and Peng-Robinson equation of state, definition and derivation of fugacity coefficients;

(5) introduction to mixing, total, molar, partial properties, Henry's and Raoult's law, definition of activity, activity coefficients and their conversions;

(6) applications of thermodynamic data, calculation of stable phase assemblages, thermometry, barometry, oxybarometry.

Phase diagrams

(1) phase rule and its types, Gibbs conditions for phase equilibrium, degrees of freedom, phase boundaries;

(2) unary systems: examples, pressure-temperature space, conjugate variables, Ostwald rule and levels of metastability, Schreinemakers rules;

(3) binary systems: system with pure solid phases, crystallization and melting paths, lever rule, system with complete miscibility in the solid state, equilibrium and fractionation paths, partial miscibility and solvus; eutectic, peritectic and monotectic features;

Poslední úprava: Fabbrizio Alessandro, doc., Ph.D. (20.02.2017)