Sitä käytetään käsittelemään fysiikan lakien mukaisesti suoritettuja tutkimuksia ja kokeita, joissa analysoidaan yksityiskohtaisesti maanpäällisten elementtien tasapainoa sekä sitä, miten lämpö ja energia vaikuttavat planeetan elämään ja ympäristöön. materiaalit, jotka sen muodostavat. Tästä on ollut mahdollista luoda erilaisia koneita, jotka auttavat teollisissa prosesseissa. Sana tulee kreikkalaisista sanoista θερμο ja δύναμις, jotka tarkoittavat termoa ja lämpöä.
Mikä on termodynamiikka
Sisällysluettelo
Termodynamiikan määritelmä osoittaa, että tiede käsittelee nimenomaan lakeja, jotka säätelevät lämpöenergian muuttumista mekaaniseksi energiaksi ja päinvastoin. Se perustuu kolmeen perusperiaatteeseen ja sillä on ilmeisiä filosofisia vaikutuksia, ja se mahdollistaa myös fysiikan kauaskantoisimpien käsitteiden muotoilun.
Tässä käytetään erilaisia menetelmiä tarvittavien kohteiden tutkimiseksi ja arvioimiseksi, kuten suuret ja ei-suuret suuruudet, joista toinen tutkii sisäistä energiaa, molaarista koostumusta tai tilavuutta ja toinen puolestaan paineita., lämpötila ja kemiallinen potentiaali; Siitä huolimatta muita suuruuksia käytetään tarkkaan analyysiin.
Mitä termodynamiikka tutkii
Termodynamiikka tutkii lämpöenergian vaihtoa järjestelmien välillä sekä mekaanisia ja kemiallisia ilmiöitä, joita tällainen vaihto merkitsee. Erityisesti hän on vastuussa niiden ilmiöiden tutkimisesta, joissa mekaaninen energia muuttuu lämpöenergiaksi tai päinvastoin, ilmiöiksi, joita kutsutaan termodynaamisiksi muutoksiksi.
Sitä pidetään fenomenologisena tieteenä, koska se keskittyy esineiden ja muiden makroskooppisiin tutkimuksiin. Samoin se käyttää muita tieteitä selittääkseen ilmiöitä, joita se pyrkii tunnistamaan analyysikohteissaan, kuten tilastomekaniikassa. Termodynaamiset järjestelmät käyttävät joitain yhtälöitä, jotka auttavat sekoittamaan niiden ominaisuuksia.
Sen perusperiaatteista löytyy energia, joka voidaan siirtää kehosta toiseen lämmön kautta. Sitä käytetään monilla tutkimusalueilla, kuten tekniikassa, sekä yhteistyössä moottoreiden kehittämisen kanssa, vaihemuutosten, kemiallisten reaktioiden ja mustien aukkojen tutkimiseksi.
Mikä on termodynaaminen järjestelmä
Runkoa tai kappaleiden joukkoa, jonka yli tapahtuu termodynaaminen muutos, kutsutaan termodynaamiseksi järjestelmäksi. Järjestelmän tutkiminen tapahtuu tilasta eli sen fyysisistä olosuhteista tiettynä ajankohtana. Mikroskooppisella tasolla tämä tila voidaan kuvata koordinaattien tai lämpömuuttujien, kuten massa, paine, lämpötila jne., Avulla, jotka ovat täysin mitattavissa, mutta mikroskooppisella tasolla jakeet (molekyylit, atomit) järjestelmän ja tunnistaa näiden hiukkasten sijainti ja nopeudet, joista mikroskooppiset ominaisuudet lopulta riippuvat.
Lisäksi termodynaaminen järjestelmä on tila-alue, joka on tutkimuksen kohteena ja jota rajoittaa pinta, joka voi olla todellinen tai kuvitteellinen. Järjestelmän ulkopuolista aluetta, joka on vuorovaikutuksessa sen kanssa, kutsutaan järjestelmäympäristöksi. Termodynaaminen järjestelmä on vuorovaikutuksessa ympäristönsä kanssa aineen ja energian vaihdon kautta.
Pintaa, joka erottaa järjestelmän muusta kontekstistaan, kutsutaan seinäksi, ja sen ominaisuuksien mukaan ne luokitellaan kolmeen tyyppiin, jotka ovat:
Avoin termodynaaminen järjestelmä
Se on energian ja aineen vaihto.
Suljettu termodynaaminen järjestelmä
Se ei vaihda ainetta, mutta se vaihtaa energiaa.
Eristetty termodynaaminen järjestelmä
Se ei vaihda ainetta tai energiaa.
Termodynamiikan periaatteet
Termodynamiikalla on tiettyjä perusteita, jotka määrittävät fysikaaliset perusmäärät, jotka edustavat termodynaamisia järjestelmiä. Nämä periaatteet selittävät heidän käyttäytymisensä tietyissä olosuhteissa ja estävät tiettyjen ilmiöiden syntymisen.
Rungon sanotaan olevan termisessä tasapainossa, kun sen havaitsema ja lähettämä lämpö on yhtä suuri. Tässä tapauksessa kaikkien sen pisteiden lämpötila on ja pysyy vakiona. Paradoksaalinen termisen tasapainon tapaus on auringolle altistettu rauta.
Kun tasapaino on saavutettu, tämän ruumiin lämpötila pysyy korkeammalla kuin ympäristön lämpötila, koska aurinkoenergian jatkuva osuus kompensoidaan kehon säteilemällä ja menettämällä sen johtumisella ja konvektiolla.
Nolla periaate termodynamiikan tai nolla termodynamiikan on läsnä, kun kaksi elinten yhteydessä ovat samassa lämpötilassa saavuttamisen jälkeen terminen tasapaino. On helppo ymmärtää, että kylmin elin lämpenee ja lämpimämpi yksi jäähtyy, ja siten ilman virtausta lämmön niiden välillä pienenee, kun niiden lämpötilaero pienenee.
"> Ladataan…Ensimmäinen termodynamiikan laki
Termodynamiikan ensimmäinen periaate on energian säästämisen periaate (oikein ja aine-energian suhteellisuusteorian mukaisesti), jonka mukaan sitä ei luoda eikä tuhota, vaikka se voidaan muuntaa tietyllä tavalla toiselle.
Energiaperiaatteen yleistäminen antaa meille mahdollisuuden vahvistaa, että järjestelmän sisäisen voiman vaihtelu on suoritetun ja siirretyn työn summa, looginen lausunto, koska on todettu, että työ ja lämpö ovat tapoja siirtää energiaa ja että se ei ole luoda tai tuhota.
Järjestelmän sisäinen energia ymmärretään erilaisten energioiden ja kaikkien sen muodostavien hiukkasten summana, kuten muunto-, liike- ja värähtelykineettinen energia, sitoutumisenergia, koheesio jne.
Ensimmäisen periaatteen on toisinaan todettu olevan mahdotonta ensimmäisen tyyppistä ikuista matkapuhelinta, toisin sanoen mahdollisuutta tuottaa työtä kuluttamatta energiaa millään tavalla, jolla se ilmenee.
Termodynamiikan toinen periaate
Tämä toinen periaate käsittelee fyysisten tapahtumien peruuttamattomuutta, erityisesti lämmönsiirron aikana.
Suuri määrä kokeellisia tosiasioita osoittaa, että luonnollisesti tapahtuvilla muutoksilla on tietty merkitys, koskaan huomattaen, että se tapahtuu spontaanisti vastakkaiseen suuntaan.
Termodynamiikan toinen periaate on yleistys siitä, mitä kokemus opettaa siitä, missä mielessä spontaanit transformaatiot tapahtuvat. Se tukee erilaisia formulaatioita, jotka ovat tosiasiallisesti vastaavia. Ison-Britannian fyysikko ja matemaatikko Lord Kelvin totesi sen näillä termeillä vuonna 1851 "On mahdotonta suorittaa muunnosta, jonka ainoa tulos on muuntaa lämpö, joka on uutettu yhdestä tasaisen lämpötilan lähteestä"
Tämä on yksi fysiikan tärkeimmistä termodynamiikan laeista; Vaikka ne voidaan muotoilla monin tavoin, ne kaikki johtavat peruuttamattomuuden ja entropian käsitteen selittämiseen. Saksalainen fyysikko ja matemaatikko Rudolf Clausius havaitsi epätasa-arvon, joka liittyy mielivaltaisen määrän lämpölähteiden lämpötilojen ja niiden tuottaman absorboidun lämpömäärän välillä, kun aine käy läpi minkä tahansa palautuvan tai peruuttamattoman syklisen prosessin vaihtaessaan lämpöä lähteet.
Vesivoimalaitoksessa sähköenergia tuotetaan patotun veden potentiaalisesta energiasta. Tämä teho muuttuu kineettiseksi energiaksi, kun vesi laskeutuu putkien läpi ja pieni osa tästä kineettisestä energiasta muuttuu turbiinin pyöriväksi kineettiseksi voimaksi, jonka akseli on kiinteä generaattorin kelan akselin kanssa, joka tuottaa voiman sähköinen.
Termodynamiikan ensimmäinen periaate antaa meille mahdollisuuden varmistaa, että energiamuodosta toiseen tapahtuvissa muutoksissa lähtötehoa ei ole tapahtunut kasvua eikä laskua, toinen periaate kertoo meille, että osa tästä energiasta on ammuttu lämmön muodossa.
Termodynamiikan kolmas periaate
Kolmannen lain kehitti kemisti Walther Nernst vuosina 1906-1912, minkä vuoksi sitä kutsutaan usein Nernstin lauseeksi tai Nernstin postulaatiksi. Tämä kolmas termodynamiikan periaate sanoo, että absoluuttisen nollajärjestelmän entropia on selvä vakio. Tämä johtuu siitä, että perustilassa on nollalämpötilajärjestelmä, joten sen entropia määräytyy perustilan rappeutumisen perusteella. Vuonna 1912 Nernst vahvisti lain seuraavasti: "Isotermin T = 0 saavuttaminen rajallisessa määrässä vaiheita on mahdotonta millään tavalla"
Termodynaamiset prosessit
Termodynamiikan käsitteessä prosessit ovat muutoksia, jotka tapahtuvat järjestelmässä ja vievät sen alkuperäisestä tasapainotilasta lopullisen tasapainon tilaan. Nämä luokitellaan muuttujan mukaan, joka on pidetty vakiona koko prosessin ajan.
Menetelmä voi esiintyä sulamisen jäätä, kunnes syttyminen ilman ja polttoaineen seoksen suorittaa mäntien käytettäessä moottorin polttomoottoreiden.
Termodynaamisessa järjestelmässä voi vaihdella kolme ehtoa: lämpötila, tilavuus ja paine. Termodynaamisia prosesseja tutkitaan kaasuissa, koska nesteet eivät ole puristettavissa eikä tilavuuden muutoksia tapahdu. Myös korkean lämpötilan vuoksi nesteistä tulee kaasuja. Kiinteissä aineissa termodynaamisia tutkimuksia ei suoriteta, koska ne ovat puristamattomia eikä niillä ole mekaanista työtä.
Termodynaamisten prosessien tyypit
Nämä prosessit luokitellaan niiden lähestymistavan mukaan pitämään yksi muuttujista vakiona, joko lämpötilassa, paineessa tai tilavuudessa. Lisäksi käytetään muita kriteerejä, kuten energianvaihto ja kaikkien sen muuttujien muokkaaminen.
Isoterminen prosessi
Isotermiset prosessit ovat kaikki prosessit, joissa järjestelmän lämpötila pysyy vakiona. Tämä tehdään työskentelemällä niin, että muut muuttujat (P ja V) muuttuvat ajan myötä.
Isobaarinen prosessi
Isobaarinen prosessi on prosessi, jossa paine pysyy vakiona. Lämpötilan ja tilavuuden vaihtelu määrää sen kehityksen. Äänenvoimakkuus voi muuttua vapaasti, kun lämpötila muuttuu.
Isokooriset prosessit
Isokoorisissa prosesseissa tilavuus pysyy vakiona. Sitä voidaan pitää myös sellaisina, joissa järjestelmä ei tuota mitään työtä (W = 0).
Pohjimmiltaan ne ovat fysikaalisia tai kemiallisia ilmiöitä, joita tutkitaan minkä tahansa astian sisällä, sekoittaen tai ei.
Adiabaattinen prosessi
Adiabaattinen prosessi on termodynaaminen prosessi, jossa ei tapahdu lämmönvaihtoa järjestelmästä ulkopuolelle tai vastakkaiseen suuntaan. Esimerkkejä tämän tyyppisistä prosesseista ovat ne, jotka voidaan suorittaa juomien termospullossa.
"> Ladataan…Esimerkkejä termodynaamisista prosesseista
- Esimerkki isokoorisesta prosessista: Kaasun tilavuus pidetään vakiona. Kun minkä tahansa tyyppinen lämpötilan muutos tapahtuu, siihen liittyy paineen muutos. Kuten höyryllä painekattilassa, se lisää painettaan kuumennettaessa.
- Esimerkkinä isotermisestä prosessista: Kaasun lämpötila pidetään vakiona. Tilavuuden kasvaessa paine laskee. Esimerkiksi tyhjiönvalmistuskoneessa oleva ilmapallo lisää tilavuuttaan tyhjiön muodostuessa.
- Suhteessa adiabaattisen prosessin: esimerkiksi puristus männän polkupyörän rengaspaine pumppu, tai nopea paineen männän ruiskun, aiemmin puristamalla sen syöttöaukosta kytketty.
