Tai terminas, skirtas apimti tyrimų ir eksperimentų, kurie atliekami pagal fizikos dėsnius, seriją, kurioje išsamiai analizuojama sausumos elementų pusiausvyra ir tai, kaip šiluma ir energija veikia planetos gyvenimą ir aplinką. jį sudarančios medžiagos. Iš to pavyko sukurti skirtingas mašinas, kurios padeda pramoniniuose procesuose. Šis žodis kilęs iš graikų kalbos žodžių θερμο ir δύναμις, kurie reiškia „termo“ ir „šiluma“.
Kas yra termodinamika
Turinys
Termodinamikos apibrėžimas rodo, kad būtent mokslas nagrinėja dėsnius, kurie reguliuoja šilumos energijos virsmą mechanine energija ir atvirkščiai. Jis grindžiamas trimis pagrindiniais principais ir turi akivaizdžių filosofinių padarinių, taip pat leidžia suformuluoti sąvokas, kurios yra viena iš labiausiai toli siekiančių fizikos sričių.
Tuo tikslu naudojami įvairūs reikalingų objektų tyrimo ir įvertinimo metodai, tokie kaip didelis ir nepaprastas dydis. Išsamiame tiriama vidinė energija, molinė sudėtis ar tūris, o antroje - slėgis., temperatūra ir cheminis potencialas; net ir tokiu atveju tiksliajai analizei naudojami kiti dydžiai.
Ką tiria termodinamika
Termodinamika tiria šiluminės energijos mainus tarp sistemų ir mechaninius bei cheminius reiškinius, kuriuos tokie mainai reiškia. Tam tikru būdu jis yra atsakingas už reiškinių, kuriuose vyksta mechaninės energijos transformacija į šiluminę energiją arba atvirkščiai, tyrimus, kurie vadinami termodinaminėmis transformacijomis.
Tai laikoma fenomenologiniu mokslu, nes daugiausia dėmesio skiriama objektų ir kitų makroskopiniams tyrimams. Panašiai ji naudojasi kitais mokslais, kad galėtų paaiškinti reiškinius, kuriuos siekia nustatyti savo analizės objektuose, pavyzdžiui, statistikos mechanikoje. Termodinaminėse sistemose naudojamos kai kurios lygtys, kurios padeda sumaišyti jų savybes.
Tarp pagrindinių jos principų galima rasti energijos, kurią šiluma gali perduoti iš vieno kūno į kitą. Jis taikomas daugelyje studijų sričių, tokių kaip inžinerija, taip pat bendradarbiaujant kuriant variklius, tiriant fazių pokyčius, chemines reakcijas ir juodąsias skyles.
Kas yra termodinaminė sistema
Termodinaminė sistema vadinama kūnu arba kūnų rinkiniu, virš kurio vyksta termodinaminė transformacija. Sistemos tyrimas atliekamas pradedant nuo būsenos, tai yra, nuo jos fizinių sąlygų tam tikru momentu. Mikroskopiniame lygyje šią būseną galima apibūdinti koordinatėmis ar terminiais kintamaisiais, tokiais kaip masė, slėgis, temperatūra ir kt., Kurie yra puikiai išmatuojami, tačiau mikroskopiniu lygmeniu sudaro frakcijos (molekulės, atomai) sistemą ir nustatykite šių dalelių padėčių ir greičių rinkinį, nuo kurio galiausiai priklauso mikroskopinės savybės.
Be to, termodinaminė sistema yra erdvės sritis, kuriai taikomas tyrimas, kurį riboja paviršius, kuris gali būti tikras ar įsivaizduojamas. Regionas, esantis už sistemos ribų ir sąveikaujantis su juo, vadinamas sistemos aplinka. Termodinaminė sistema sąveikauja su aplinka keisdamasi materija ir energija.
Paviršius, atskiriantis sistemą nuo likusio konteksto, vadinamas siena, ir pagal savo charakteristikas jie skirstomi į tris tipus:
Atvira termodinaminė sistema
Tai yra energijos ir materijos mainai.
Uždara termodinaminė sistema
Jis nekeičia materijos, tačiau keičia energiją.
Izoliuota termodinaminė sistema
Jis nekeičia materijos ar energijos.
Termodinamikos principai
Termodinamika turi tam tikrus pagrindus, kurie nustato pagrindinius fizinius dydžius, kurie atspindi termodinamines sistemas. Šie principai paaiškina, koks yra jų elgesys esant tam tikroms sąlygoms, ir užkerta kelią tam tikrų reiškinių atsiradimui.
Teigiama, kad kūnas yra šiluminėje pusiausvyroje, kai jo suvokiama ir skleidžiama šiluma yra lygi. Šiuo atveju visų taškų temperatūra yra ir išlieka pastovi. Paradoksalus šilumos pusiausvyros atvejis yra saulės veikiama geležis.
Pasiekus pusiausvyrą, šio kūno temperatūra išlieka aukštesnė už aplinkos temperatūrą, nes nuolatinį saulės energijos indėlį kompensuoja tas, kurį kūnas spinduliuoja ir praranda savo laidumu bei konvekcija.
Nulis principas termodinamikos arba nulis termodinamikos dėsnis būna, kai du kūnai liečiasi yra toje pačioje temperatūroje po pasiekė šiluminę pusiausvyrą. Lengvai suprantama, kad šalčiausias kūnas sušyla, o šiltesnis atvėsta, taigi, mažėjant jų temperatūrų skirtumui, grynasis šilumos srautas tarp jų mažėja.
"> Įkeliama…Pirmasis termodinamikos dėsnis
Pirmasis termodinamikos principas yra energijos išsaugojimo principas (tinkamai ir vadovaujantis materijos-energijos reliatyvumo teorija), pagal kurį ji nėra nei sukurta, nei sunaikinta, nors ji gali būti transformuota tam tikru būdu kitam.
Energijos principo apibendrinimas leidžia mums patvirtinti, kad sistemos vidinės jėgos kitimas yra atlikto ir perduoto darbo suma, logiškas teiginys, nes nustatyta, kad darbas ir šiluma yra energijos perdavimo būdai ir kad tai nėra sukurti ar sunaikinti.
Vidinė sistemos energija suprantama kaip skirtingų energijų ir visų ją sudarančių dalelių suma, pavyzdžiui: kinetinė vertimo energija, sukimasis ir vibracija, rišimosi energija, sanglauda ir kt.
Pirmasis principas kartais buvo nurodytas kaip neįmanoma egzistuoti amžinojo pirmojo tipo mobiliajam telefonui, tai yra galimybė gaminti darbą be energijos vartojimo bet kuriuo iš jo pasireiškimo būdų.
Antrasis termodinamikos principas
Šis antrasis principas susijęs su fizinių įvykių negrįžtamumu, ypač šilumos perdavimo metu.
Daugybė eksperimentinių faktų rodo, kad natūraliai vykstančios transformacijos turi tam tikrą prasmę, niekada nepastebimos, kad jos savaime vyksta priešinga kryptimi.
Antrasis termodinamikos principas yra apibendrinimas to, ką patirtis moko apie prasmę, kuria vyksta spontaniškos transformacijos. Jis palaiko įvairias formuluotes, kurios iš tikrųjų yra lygiavertės. Didžiosios Britanijos fizikas ir matematikas lordas Kelvinas tai pasakė 1851 m. "Neįmanoma atlikti transformacijos, kurios vienintelis rezultatas yra šilumos, išgaunamos iš vieno vienodos temperatūros šaltinio, pavertimas darbu".
Tai yra vienas iš svarbiausių fizikos termodinamikos dėsnių; Nors juos galima suformuluoti įvairiais būdais, visi jie leidžia paaiškinti negrįžtamumo ir entropijos sąvokas. Vokiečių fizikas ir matematikas Rudolfas Clausiusas nustatė nelygybę, kuri yra susijusi tarp savavališko skaičiaus šilumos šaltinių temperatūros ir absorbuoto jų kiekio, kai medžiaga praeina bet kokį ciklinį procesą, grįžtamąjį ar negrįžtamąjį, keisdama šilumą šaltinius.
Hidroelektrinėje elektrinė energija gaminama iš potencialios užtvenkto vandens energijos. Ši galia virsta kinetine energija, kai vanduo nusileidžia vamzdžiais, o nedidelė šios kinetinės energijos dalis paverčiama turbinos sukimosi kinetine jėga, kurios ašis yra vientisa su generatoriaus induktoriaus ašimi, generuojančia jėgą. elektrinis.
Pirmasis termodinamikos principas leidžia mums užtikrinti, kad keičiantis vienai energijos formai kitai, nei pradinė galia padidėjo, nei sumažėjo, antrasis principas mums sako, kad dalis tos energijos bus paleista šilumos pavidalu.
Trečiasis termodinamikos principas
Trečiąjį įstatymą 1906–1912 metais sukūrė chemikas Waltheris Nernstas, todėl jis dažnai vadinamas Nernsto teorema arba Nernsto postulatu. Šis trečiasis termodinamikos principas sako, kad absoliutaus nulio sistemos entropija yra apibrėžta konstanta. Taip yra todėl, kad pagrindinėje būsenoje yra nulinės temperatūros sistema, todėl jos entropiją lemia pagrindinės būsenos degeneracija. 1912 m. Nernstas nustatė įstatymą taip: "Jokia tvarka neįmanoma pasiekti izotermos T = 0 per daugybę žingsnių"
Termodinaminiai procesai
Termodinamikos sąvokoje procesai yra pokyčiai, vykstantys sistemoje ir perkeliantys ją iš pradinės pusiausvyros būsenos į galutinę pusiausvyros būseną. Jie skirstomi pagal kintamąjį, kuris buvo pastovus viso proceso metu.
Būdas gali atsirasti tirpinimo ledo, užsidegimo oro ir degalų mišinio atlikti stūmoklių judėjimą į variklio vidaus degimo.
Termodinaminėje sistemoje gali skirtis trys sąlygos: temperatūra, tūris ir slėgis. Termodinaminiai procesai tiriami dujose, nes skysčiai yra nesuspausti ir tūrio pokyčiai nevyksta. Be to, dėl aukštos temperatūros skysčiai virsta dujomis. Kietose dalyse termodinaminiai tyrimai neatliekami, nes jie yra nesuspausti ir nėra mechaninio darbo.
Termodinaminių procesų tipai
Šie procesai klasifikuojami pagal jų požiūrį, kad vienas iš kintamųjų būtų pastovus - temperatūra, slėgis ar tūris. Be to, taikomi kiti kriterijai, tokie kaip energijos mainai ir visų jos kintamųjų modifikavimas.
Izoterminis procesas
Izoterminiai procesai yra visi tie, kuriuose sistemos temperatūra išlieka pastovi. Tai daroma dirbant, kad kiti kintamieji (P ir V) bėgant laikui pasikeistų.
Izobarinis procesas
Izobarinis procesas yra toks, kai slėgis išlieka pastovus. Temperatūros ir tūrio kitimas nulems jo raidą. Keičiantis temperatūrai, tūris gali laisvai keistis.
Izohoriniai procesai
Izohoriniuose procesuose tūris išlieka pastovus. Tai taip pat gali būti laikoma tais, kuriuose sistema nesukuria jokio darbo (W = 0).
Iš esmės tai yra fiziniai ar cheminiai reiškiniai, kurie tiriami bet kokiame inde, nesvarbu, ar sujudinant, ar ne.
Adiabatinis procesas
Adiabatinis procesas yra tas termodinaminis procesas, kurio metu nėra šilumos mainų iš sistemos į išorę ar priešinga kryptimi. Tokio tipo proceso pavyzdžiai yra tie, kuriuos galima atlikti termosuose, skirtuose gėrimams.
"> Įkeliama…Termodinaminių procesų pavyzdžiai
- Izohorinio proceso pavyzdys: dujų tūris palaikomas pastovus. Atsiradus bet kokio tipo temperatūros pokyčiams, slėgis pasikeis. Kaip ir garuose greitpuodyje, jis kaitindamas didina slėgį.
- Izoterminio proceso pavyzdys: dujų temperatūra palaikoma pastovi. Didėjant tūriui slėgis mažėja. Pavyzdžiui, balionas vakuumo gamybos mašinoje padidina jo tūrį, susidarant vakuumui.
- Atsižvelgiant į adiabatinį procesą: pavyzdžiui, dviračio padangų pripūtimo siurblio stūmoklio suspaudimas arba greitas švirkšto stūmoklio išspaustis, prieš tai jį suspaudžiant užsikimšus išleidimo angą.
