Jest to termin obejmujący serię badań i eksperymentów przeprowadzanych zgodnie z prawami fizyki, które szczegółowo analizują równowagę pierwiastków ziemskich, a także wpływ ciepła i energii na życie na planecie i materiały, z których się składa. Na tej podstawie możliwe było stworzenie różnych maszyn, które pomagają w procesach przemysłowych. Słowo to pochodzi od greckich słów θερμο i δύναμις, które oznaczają „termo” i „ciepło”.
Co to jest termodynamika
Spis treści
Definicja termodynamiki wskazuje, że to nauka zajmuje się konkretnie prawami rządzącymi przemianą energii cieplnej w energię mechaniczną i odwrotnie. Opiera się na trzech podstawowych zasadach i ma oczywiste implikacje filozoficzne, a także pozwala na formułowanie pojęć, które należą do najbardziej dalekosiężnych w fizyce.
W tym celu stosuje się różne metody badania i oceny potrzebnych obiektów, takich jak ekstensywne i nie ekstensywne wielkości: ekstensywny bada energię wewnętrzną, skład molowy lub objętość, a drugi ze swojej strony bada ciśnienie, temperatura i potencjał chemiczny; mimo to inne wielkości są używane do dokładnej analizy.
Co bada termodynamika
Termodynamika bada wymianę energii cieplnej między układami oraz zjawiska mechaniczne i chemiczne, które implikują takie wymiany. W szczególny sposób odpowiada za badanie zjawisk, w których zachodzi przemiana energii mechanicznej w energię cieplną lub odwrotnie, zjawiska nazywane przemianami termodynamicznymi.
Uważana jest za naukę fenomenologiczną, ponieważ koncentruje się na makroskopowych badaniach obiektów i innych. Podobnie korzysta z innych nauk, aby móc wyjaśnić zjawiska, które stara się zidentyfikować w swoich obiektach analizy, takie jak mechanika statystyczna. Systemy termodynamiczne wykorzystują pewne równania, które pomagają mieszać ich właściwości.
Wśród jej podstawowych zasad można znaleźć energię, która może być przenoszona z jednego ciała do drugiego poprzez ciepło. Znajduje zastosowanie w wielu dziedzinach nauki, takich jak inżynieria, a także współpracuje przy rozwoju silników, badaniu zmian fazowych, reakcji chemicznych i czarnych dziur.
Co to jest system termodynamiczny
System termodynamiczny nazywany jest ciałem lub zestawem ciał, nad którymi zachodzi przemiana termodynamiczna. Badanie układu wykonuje się zaczynając od stanu, czyli od jego warunków fizycznych w danym momencie. Na poziomie mikroskopowym stan ten można opisać za pomocą współrzędnych lub zmiennych termicznych, takich jak masa, ciśnienie, temperatura itp., Które są doskonale mierzalne, ale na poziomie mikroskopowym frakcje (cząsteczki, atomy) tworzące system i zidentyfikować zbiór pozycji i prędkości tych cząstek, od których ostatecznie zależą właściwości mikroskopowe.
Ponadto system termodynamiczny to obszar przestrzeni, który jest przedmiotem prowadzonych badań i który jest ograniczony powierzchnią, która może być rzeczywista lub wyimaginowana. Region poza systemem, który z nim współdziała, nazywany jest środowiskiem systemowym. System termodynamiczny oddziałuje ze swoim otoczeniem poprzez wymianę materii i energii.
Powierzchnia, która oddziela system od reszty kontekstu, nazywana jest ścianą i zgodnie z jej charakterystyką dzieli się je na trzy typy:
Otwarty układ termodynamiczny
To wymiana między energią a materią.
Zamknięty układ termodynamiczny
Nie wymienia materii, ale wymienia energię.
Izolowany układ termodynamiczny
Nie wymienia materii ani energii.
Zasady termodynamiki
Termodynamika ma pewne podstawy, które określają podstawowe wielkości fizyczne reprezentujące układy termodynamiczne. Zasady te wyjaśniają ich zachowanie w określonych warunkach i zapobiegają pojawianiu się pewnych zjawisk.
Mówi się, że ciało jest w równowadze termicznej, gdy ciepło, które odbiera i emituje, jest równe. W tym przypadku temperatura wszystkich jego punktów jest i pozostaje stała. Paradoksalnym przypadkiem równowagi termicznej jest żelazo wystawione na działanie słońca.
Temperatura tego ciała, gdy zostanie osiągnięta równowaga, pozostaje wyższa niż temperatura otoczenia, ponieważ ciągły dopływ energii słonecznej jest kompensowany przez promieniowanie ciała, które traci ją podczas przewodzenia i konwekcji.
Zasada termodynamiki zero lub prawa termodynamiki zera występuje, gdy dwie jednostki stykające się w tej samej temperaturze, po osiągnięciu stanu równowagi termicznej. Zrozumiałe jest, że najzimniejsze ciało nagrzewa się, a cieplejsze ochładza, a zatem przepływ ciepła netto między nimi maleje wraz ze spadkiem różnicy temperatur.
"> Ładowanie…Pierwsza zasada termodynamiki
Pierwsza zasada termodynamiki to zasada zachowania energii (właściwie i zgodnie z teorią względności materii-energii), zgodnie z którą nie jest ona ani tworzona, ani niszczona, chociaż można ją w określony sposób przekształcić do innej.
Uogólnienie zasady energii pozwala nam stwierdzić, że zmiana siły wewnętrznej systemu jest sumą pracy wykonanej i przekazanej, logiczne stwierdzenie, ponieważ ustalono, że praca i ciepło są drogami przenoszenia energii, a nie tworzyć lub niszczyć.
Energia wewnętrzna układu jest rozumiana jako suma różnych energii i wszystkich cząstek, które go tworzą, takich jak: energia kinetyczna przesunięcia, rotacji i wibracji, energia wiązania, kohezja itp.
Pierwszą zasadę określano niekiedy jako niemożność istnienia wiecznej ruchomości pierwszego rodzaju, to znaczy możliwość wytwarzania pracy bez zużycia energii w jakikolwiek sposób, w jaki się ona objawia.
Druga zasada termodynamiki
Ta druga zasada dotyczy nieodwracalności zdarzeń fizycznych, zwłaszcza podczas wymiany ciepła.
Wiele faktów doświadczalnych wskazuje, że przemiany, które zachodzą w sposób naturalny, mają pewne znaczenie, nigdy ich nie obserwując, że spontanicznie zachodzą w przeciwnym kierunku.
Druga zasada termodynamiki to uogólnienie tego, czego doświadczenie uczy o sensie, w jakim zachodzą spontaniczne przemiany. Obsługuje różne formuły, które są w rzeczywistości równoważne. Lord Kelvin, brytyjski fizyk i matematyk, stwierdził w ten sposób w 1851 r. „Niemożliwe jest przeprowadzenie transformacji, której jedynym wynikiem jest zamiana na pracę ciepła pobranego z jednego źródła o jednakowej temperaturze”
Jest to jedna z najważniejszych praw termodynamiki w fizyce; Chociaż można je sformułować na wiele sposobów, wszystkie prowadzą do wyjaśnienia pojęcia nieodwracalności i entropii. Niemiecki fizyk i matematyk Rudolf Clausius ustalił nierówność, która jest związana między temperaturami dowolnej liczby źródeł ciepła a pochłanianymi przez nie ilościami ciepła, gdy substancja przechodzi cykliczny, odwracalny lub nieodwracalny proces, wymieniając ciepło z żródła.
W elektrowni wodnej energia elektryczna jest wytwarzana z energii potencjalnej spiętrzonej wody. Moc ta jest przekształcana w energię kinetyczną, gdy woda opada przez rury, a niewielka część tej energii kinetycznej jest przekształcana w obrotową siłę kinetyczną turbiny, której oś jest integralna z osią cewki indukcyjnej alternatora, który generuje siłę elektryczny.
Pierwsza zasada termodynamiki pozwala nam zapewnić, że przy zmianie jednej formy energii na inną nie nastąpił ani wzrost, ani spadek mocy początkowej, druga zasada mówi nam, że część tej energii zostanie spalona w postaci ciepła.
Trzecia zasada termodynamiki
Trzecie prawo zostało opracowane przez chemika Walthera Nernsta w latach 1906-1912, dlatego często określa się je jako twierdzenie Nernsta lub postulat Nernsta. Ta trzecia zasada termodynamiki mówi, że entropia układu zera absolutnego jest określoną stałą. Dzieje się tak, ponieważ w stanie podstawowym istnieje system zerowej temperatury, więc jego entropia jest określona przez degenerację stanu podstawowego. W 1912 roku Nernst ustanowił to prawo w ten sposób: „Nie jest możliwe osiągnięcie izotermy T = 0 w skończonej liczbie kroków żadną procedurą”
Procesy termodynamiczne
W koncepcji termodynamiki procesy to zmiany, które zachodzą w układzie i przenoszą go ze stanu równowagi początkowej do stanu równowagi końcowej. Są one klasyfikowane zgodnie ze zmienną, która była stała w trakcie całego procesu.
Proces może zachodzić od topnienia lodu, aż do zapłonu mieszanki paliwowo-powietrznej w celu wykonania ruchu tłoków w silniku spalinowym.
Istnieją trzy warunki, które mogą się zmieniać w systemie termodynamicznym: temperatura, objętość i ciśnienie. Procesy termodynamiczne są badane w gazach, ponieważ ciecze są nieściśliwe i nie występują zmiany objętości. Ponadto z powodu wysokich temperatur ciecze zamieniają się w gazy. W ciałach stałych nie przeprowadza się badań termodynamicznych, ponieważ są one nieściśliwe i nie ma na nich pracy mechanicznej.
Rodzaje procesów termodynamicznych
Procesy te są klasyfikowane zgodnie z ich podejściem, aby utrzymać stałą jedną ze zmiennych, temperaturę, ciśnienie lub objętość. Ponadto stosowane są inne kryteria, takie jak wymiana energii i modyfikacja wszystkich jej zmiennych.
Proces izotermiczny
Procesy izotermiczne to wszystkie procesy, w których temperatura układu pozostaje stała. Odbywa się to poprzez pracę, tak że inne zmienne (P i V) zmieniają się w czasie.
Proces izobaryczny
Proces izobaryczny to taki, w którym ciśnienie pozostaje stałe. Zmiany temperatury i objętości będą determinować jego rozwój. Głośność można dowolnie zmieniać wraz ze zmianami temperatury.
Procesy izochoryczne
W procesach izochorycznych objętość pozostaje stała. Można je również uznać za te, w których system nie generuje żadnej pracy (W = 0).
Zasadniczo są to zjawiska fizyczne lub chemiczne, które bada się w dowolnym pojemniku, niezależnie od tego, czy jest mieszane, czy nie.
Proces adiabatyczny
Proces adiabatyczny to proces termodynamiczny, w którym nie ma wymiany ciepła z układu na zewnątrz lub w przeciwnym kierunku. Przykładami tego typu procesów są te, które można przeprowadzić w termosie do napojów.
"> Ładowanie…Przykłady procesów termodynamicznych
- Przykład procesu izochorycznego: Objętość gazu jest utrzymywana na stałym poziomie. Gdy wystąpi jakikolwiek rodzaj zmiany temperatury, będzie mu towarzyszyć zmiana ciśnienia. Podobnie jak w przypadku pary w szybkowarze, podczas podgrzewania zwiększa się ciśnienie.
- Jako przykład procesu izotermicznego: Temperatura gazu jest utrzymywana na stałym poziomie. Wraz ze wzrostem objętości ciśnienie spada. Na przykład balon w maszynie próżniowej zwiększa swoją objętość w miarę wytwarzania próżni.
- W odniesieniu do procesu adiabatycznego: na przykład ściskanie tłoka w pompce do pompowania opon rowerowych lub gwałtowne dekompresje tłoka strzykawki, uprzednio ściskając go z zatkanym otworem wylotowym.
