Izraz, ki se uporablja za zajem vrste študij in eksperimentov, ki se izvajajo v skladu z zakoni fizike, ki podrobno analizirajo ravnovesje kopenskih elementov ter vpliv toplote in energije na življenje na planetu in materiali, ki ga sestavljajo. Iz tega je bilo mogoče ustvariti različne stroje, ki pomagajo v industrijskih procesih. Beseda izhaja iz grških besed θερμο in δύναμις, ki pomenita "termo" in "toplota".
Kaj je termodinamika
Kazalo
Opredelitev termodinamike kaže, da je znanost, ki se posebej ukvarja z zakoni, ki urejajo preoblikovanje toplotne energije v mehansko in obratno. Temelji na treh temeljnih načelih in ima očitne filozofske posledice, omogoča pa tudi oblikovanje konceptov, ki so med najbolj daljnosežnimi v fiziki.
Znotraj tega se uporabljajo različne metode preiskovanja in ocenjevanja zahtevanih predmetov, na primer obsežne in neobsežne velikosti. Obsežna preučuje notranjo energijo, molsko sestavo ali prostornino, druga pa preučuje pritisk, temperatura in kemijski potencial; kljub temu se za natančno analizo uporabljajo druge velikosti.
Kaj preučuje termodinamika
Termodinamika preučuje izmenjave toplotne energije med sistemi ter mehanske in kemijske pojave, ki jih takšne izmenjave pomenijo. Na poseben način je zadolžen za preučevanje pojavov, pri katerih pride do pretvorbe mehanske energije v toplotno energijo ali obratno, pojavov, ki jih imenujemo termodinamične transformacije.
Velja za fenomenološko znanost, saj se osredotoča na makroskopske študije predmetov in drugih. Podobno uporablja druge znanosti, da bi lahko razložil pojave, ki jih želi prepoznati v svojih analiziranih objektih, kot je statistična mehanika. Termodinamični sistemi uporabljajo nekatere enačbe, ki pomagajo mešati njihove lastnosti.
Med njegovimi osnovnimi načeli lahko najdemo energijo, ki jo lahko s toplote prenašamo iz enega telesa v drugo. Velja za številna študijska področja, kot je inženirstvo, pa tudi sodelovanje pri razvoju motorjev, preučevanje faznih sprememb, kemičnih reakcij in črnih lukenj.
Kaj je termodinamični sistem
Telo ali skupek teles, nad katerimi poteka termodinamična transformacija, se imenuje termodinamični sistem. Preučevanje sistema poteka od stanja, to je od njegovih fizičnih razmer v danem trenutku. Na mikroskopski ravni lahko to stanje opišemo s koordinatami ali toplotnimi spremenljivkami, kot so masa, tlak, temperatura itd., Ki so popolnoma merljive, toda na mikroskopski ravni so frakcije (molekule, atomi), ki sestavljajo sistem in prepoznajo niz položajev in hitrosti teh delcev, od katerih so mikroskopske lastnosti navsezadnje odvisne.
Poleg tega je termodinamični sistem območje prostora, ki je predmet študije, ki se izvaja in je omejeno s površino, ki je lahko resnična ali namišljena. Območje zunaj sistema, ki z njim komunicira, se imenuje sistemsko okolje. Termodinamični sistem komunicira s svojim okoljem z izmenjavo snovi in energije.
Površina, ki ločuje sistem od preostalega konteksta, se imenuje stena in je glede na njegove značilnosti razvrščena v tri vrste, ki so:
Odprti termodinamični sistem
To je izmenjava med energijo in snovjo.
Zaprti termodinamični sistem
Ne spreminja snovi, izmenjuje pa energijo.
Izolirani termodinamični sistem
Ne izmenjuje snovi ali energije.
Načela termodinamike
Termodinamika ima določene osnove, ki določajo osnovne fizikalne veličine, ki predstavljajo termodinamične sisteme. Ta načela pojasnjujejo, kakšno je njihovo vedenje pod določenimi pogoji, in preprečujejo nastanek nekaterih pojavov.
Rečeno je, da je telo v toplotnem ravnovesju, ko je toplota, ki jo zazna in odda, enaka. V tem primeru je temperatura vseh njegovih točk enaka in ostaja stalna. Paradoksalen primer toplotnega ravnovesja je železo, izpostavljeno soncu.
Ko dosežemo ravnotežje, temperatura tega telesa ostane višja od temperature okolja, ker se neprekinjeni prispevek sončne energije kompenzira s tistim, ki ga telo oddaja in ga s svojo prevodnostjo in konvekcijo izgubi.
Princip nič termodinamike ali nič zakon termodinamike je prisotna, kadar sta dve telesi v kontaktu pri isti temperaturi po doseganju toplotnega ravnovesja. Lahko je razumeti, da se najhladnejše telo ogreje in se toplejše ohladi, zato se neto pretok toplote med njima zmanjša, ko se njihova razlika v temperaturi zmanjša.
"> Nalaganje…Prvi zakon termodinamike
Prvo načelo termodinamike je načelo ohranjanja energije (pravilno in po teoriji relativnosti snovi-energije), po katerem se ne ustvarja in ne uničuje, čeprav se lahko na določen način preoblikuje drugemu.
Posploševanje energetskega načela nam omogoča, da potrdimo, da je sprememba notranje sile sistema vsota opravljenega in prenesenega dela, kar je logična trditev, saj je bilo ugotovljeno, da sta delo in toplota način prenosa energije in da ni ustvariti ali uničiti.
Notranja energija sistema se razume kot vsota različnih energij in vseh delcev, ki ga sestavljajo, kot so: kinetična energija prevajanja, vrtenja in vibracij, energija vezave, kohezija itd.
Prvo načelo je bilo včasih navedeno kot nezmožnost obstoja večnega mobilnika prve vrste, to je možnosti za proizvodnjo dela brez porabe energije na kakršen koli način, na katerega se kaže.
Drugo načelo termodinamike
To drugo načelo obravnava nepovratnost fizičnih dogodkov, zlasti v času prenosa toplote.
Številna eksperimentalna dejstva dokazujejo, da imajo preobrazbe, ki se zgodijo naravno, določen pomen, ne da bi ga kdaj opazili, da se spontano izvaja v nasprotni smeri.
Drugo načelo termodinamike je posploševanje tega, kar izkušnje učijo o smislu, v katerem pride do spontanih transformacij. Podpira različne formulacije, ki so dejansko enakovredne. Lord Kelvin, britanski fizik in matematik, je to izrazil leta 1851 "Nemogoče je izvesti preoblikovanje, katerega edini rezultat je pretvorba toplote, pridobljene iz enega vira enakomerne temperature, v delo"
To je eden najpomembnejših zakonov termodinamike v fiziki; Čeprav jih je mogoče oblikovati na več načinov, vsi vodijo do razlage pojma nepovratnosti in entropije. Nemški fizik in matematik Rudolf Clausius je ugotovil neenakost, ki je povezana med temperaturami poljubnega števila toplotnih virov in absorbirano količino toplote, ki jo oddajo, ko snov prehaja v kateri koli ciklični proces, reverzibilen ali nepovraten, pri čemer toploto izmenjuje z virov.
V hidroelektrarni se električna energija proizvaja iz potencialne energije zajezene vode. Ta moč se pretvori v kinetično energijo, ko se voda spusti po ceveh in majhen del te kinetične energije pretvori v rotacijsko kinetično silo turbine, katere os je integralna z osjo induktorja alternatorja, ki ustvarja silo električni.
Prvo načelo termodinamike nam omogoča, da pri spremembah ene oblike energije v drugo ni prišlo niti do povečanja niti zmanjšanja začetne moči, drugo načelo pa nam pove, da se bo del te energije sprostil v obliki toplote.
Tretje načelo termodinamike
Tretji zakon je v letih 1906-1912 razvil kemik Walther Nernst, zato ga pogosto imenujejo Nernstov izrek ali Nernstov postulat. To tretje načelo termodinamike pravi, da je entropija absolutnega ničelnega sistema določena konstanta. To je zato, ker je v osnovnem stanju sistem ničelne temperature, zato je njegova entropija določena z degeneracijo osnovnega stanja. Leta 1912 je Nernst zakon postavil takole: "Izoterme T = 0 v nobenem postopku ni mogoče doseči v končnem številu korakov."
Termodinamični procesi
V konceptu termodinamike so procesi spremembe, ki se zgodijo v sistemu in ki ga iz stanja začetnega ravnovesja pripeljejo v stanje končnega ravnovesja. Ti so razvrščeni glede na spremenljivko, ki je bila ves čas postopka konstantna.
Postopek lahko poteka od taljenja ledu do vžiga mešanice zraka in goriva, da se izvede gibanje batov v motorju z notranjim zgorevanjem.
V termodinamičnem sistemu se lahko razlikujejo trije pogoji: temperatura, prostornina in tlak. Termodinamične procese preučujemo v plinih, saj so tekočine nestisljive in ne prihaja do sprememb prostornine. Tudi zaradi visokih temperatur se tekočine spremenijo v pline. V trdnih snoveh se termodinamične študije ne izvajajo, ker so nestisljive in na njih ni mehanskega dela.
Vrste termodinamičnih procesov
Ti procesi so razvrščeni glede na njihov pristop, da ohranijo eno od spremenljivk konstantno, bodisi temperaturo, tlak ali prostornino. Poleg tega se uporabljajo druga merila, kot sta izmenjava energije in spreminjanje vseh njenih spremenljivk.
Izotermični proces
Izotermični procesi so vsi tisti, pri katerih temperatura sistema ostane konstantna. To se naredi z delom, tako da se druge spremenljivke (P in V) sčasoma spreminjajo.
Izobarski proces
Pri izobarnem procesu tlak ostane konstanten. Razlike v temperaturi in prostornini bodo določale njegov razvoj. Ko se temperatura spremeni, se lahko glasnost prosto spreminja.
Izohorski procesi
V izohornih procesih količina ostane konstantna. Lahko se štejejo tudi za tiste, pri katerih sistem ne ustvari nobenega dela (W = 0).
V bistvu gre za fizikalne ali kemične pojave, ki jih preučujejo v kateri koli posodi, ne glede na to, ali je vznemirjena ali ne.
Adiabatski proces
Adiabatski proces je tisti termodinamični proces, pri katerem ni toplotne izmenjave iz sistema navzven ali v nasprotni smeri. Primeri tovrstnih postopkov so tisti, ki jih je mogoče izvesti v termo za pijače.
"> Nalaganje…Primeri termodinamičnih procesov
- Primer izohornega procesa: Količina plina je konstantna. Ko pride do kakršne koli spremembe temperature, jo bo spremljala sprememba tlaka. Kot pri pari v loncu pod pritiskom, ta poveča svoj tlak, ko se segreje.
- Kot primer izotermičnega postopka: temperatura plina se vzdržuje konstantno. S povečanjem prostornine se tlak zmanjša. Na primer, balon v vakuumskem stroju poveča svojo prostornino, ko nastane vakuum.
- V zvezi z adiabatskim postopkom: na primer stiskanje bata v črpalki za napihovanje koles za pnevmatike ali hitra dekompresija bata brizge, ki ga je predhodno stisnil z zataknjeno izhodno luknjo.
