Tas ir termins, ko izmanto, lai aptvertu virkni pētījumu un eksperimentu, kas tiek veikti saskaņā ar fizikas likumiem, kuros sīki analizēts zemes elementu līdzsvars, kā arī tas, kā siltums un enerģija ietekmē dzīvi uz planētas un planētas. materiāli, kas to veido. No tā ir bijis iespējams izveidot dažādas mašīnas, kas palīdz rūpnieciskajos procesos. Šis vārds nāk no grieķu vārdiem θερμο un δύναμις, kas nozīmē “termo” un “siltums”.
Kas ir termodinamika
Satura rādītājs
Termodinamikas definīcija norāda, ka tieši zinātne nodarbojas tieši ar likumiem, kas regulē siltumenerģijas pārveidošanu mehāniskajā enerģijā un otrādi. Tas ir balstīts uz trim pamatprincipiem, un tam ir acīmredzamas filozofiskas sekas, kā arī tas ļauj formulēt jēdzienus, kas ir vieni no tālejošākajiem fizikā.
Tajā tiek izmantotas dažādas vajadzīgo objektu izpētes un novērtēšanas metodes, piemēram, plašs un nepietiekams lielums. Plašajā pētīta iekšējā enerģija, molārais sastāvs vai tilpums, bet otrajā - spiediens., temperatūra un ķīmiskais potenciāls; Tomēr precīzai analīzei tiek izmantoti citi lielumi.
Ko pēta termodinamika
Termodinamika pēta siltumenerģijas apmaiņu starp sistēmām un mehāniskās un ķīmiskās parādības, ko šāda apmaiņa nozīmē. Īpaši tas ir atbildīgs par tādu parādību izpēti, kurās notiek mehāniskās enerģijas pārveidošana par siltuma enerģiju vai otrādi, par parādībām, kuras sauc par termodinamiskām transformācijām.
To uzskata par fenomenoloģisku zinātni, jo tā koncentrējas uz objektu un citu makroskopiskiem pētījumiem. Līdzīgi tas izmanto citas zinātnes, lai varētu izskaidrot parādības, kuras cenšas identificēt savos analīzes objektos, piemēram, statistikas mehānikā. Termodinamiskās sistēmās tiek izmantoti daži vienādojumi, kas palīdz sajaukt to īpašības.
Starp tā pamatprincipiem var atrast enerģiju, ko siltuma ietekmē var pārnest no viena ķermeņa uz otru. To piemēro daudzās studiju jomās, piemēram, inženierzinātnēs, kā arī sadarbībā ar dzinēju attīstību, pētot fāzes izmaiņas, ķīmiskās reakcijas un melnos caurumus.
Kas ir termodinamiskā sistēma
Ķermenis vai ķermeņu kopums, virs kura notiek termodinamiskā transformācija, tiek saukts par termodinamisko sistēmu. Sistēmas izpēte tiek veikta, sākot no stāvokļa, tas ir, no tās fiziskajiem apstākļiem attiecīgajā brīdī. Mikroskopiskā līmenī minēto stāvokli var aprakstīt ar koordinātām vai termiskiem mainīgajiem, piemēram, masu, spiedienu, temperatūru utt., Kuri ir lieliski izmērāmi, bet mikroskopiskajā līmenī frakcijas (molekulas, atomi), kas veido sistēmu un identificē šo daļiņu pozīciju un ātrumu kopumu, no kura galu galā ir atkarīgas mikroskopiskās īpašības.
Turklāt termodinamiskā sistēma ir kosmosa reģions, uz kuru attiecas veicamais pētījums un kuru ierobežo virsma, kas var būt reāla vai iedomāta. Reģionu ārpus sistēmas, kas ar to mijiedarbojas, sauc par sistēmas vidi. Termodinamiskā sistēma mijiedarbojas ar savu vidi, apmainot vielu un enerģiju.
Virsmu, kas atdala sistēmu no pārējā tās konteksta, sauc par sienu, un pēc tās īpašībām tās iedala trīs tipos:
Atvērta termodinamiskā sistēma
Tā ir apmaiņa starp enerģiju un matēriju.
Slēgta termodinamiskā sistēma
Tas nemaina matēriju, bet enerģiju.
Izolēta termodinamiskā sistēma
Tas nemaina vielu vai enerģiju.
Termodinamikas principi
Termodinamikai ir noteikti pamati, kas nosaka fizikālos lielumus, kas pārstāv termodinamiskās sistēmas. Šie principi izskaidro viņu izturēšanos noteiktos apstākļos un novērš noteiktu parādību rašanos.
Tiek uzskatīts, ka ķermenis atrodas siltuma līdzsvarā, kad siltums, ko tas uztver un izstaro, ir vienāds. Šajā gadījumā visu tā punktu temperatūra ir un paliek nemainīga. Paradoksāls termiskā līdzsvara gadījums ir dzelzs iedarbība uz sauli.
Pēc līdzsvara sasniegšanas šī ķermeņa temperatūra paliek augstāka nekā apkārtējās vides temperatūra, jo nepārtraukto saules enerģijas padevi kompensē tas, ko ķermenis izstaro un zaudē to ar vadīšanu un konvekciju.
Nulles princips termodinamikas vai nulles termodinamikas likums ir klāt, kad divi struktūras saskaras, ir tādā pašā temperatūrā, pēc tam sasniedzot termisko līdzsvaru. Viegli saprotams, ka aukstākais ķermenis sasilst un siltāks atdziest, un līdz ar to siltuma plūsma starp tām samazinās, samazinoties temperatūras starpībai.
"> Notiek ielāde…Pirmais termodinamikas likums
Pirmais termodinamikas princips ir enerģijas saglabāšanas princips (pareizi un saskaņā ar vielas-enerģijas relativitātes teoriju), saskaņā ar kuru tas netiek nedz radīts, nedz iznīcināts, kaut arī to var pārveidot noteiktā veidā citam.
Enerģijas principa vispārināšana ļauj mums apstiprināt, ka sistēmas iekšējā spēka izmaiņas ir veikto un nodoto darbu summa, loģisks apgalvojums, jo ir konstatēts, ka darbs un siltums ir enerģijas pārsūtīšanas veids un ka tas nav radīt vai iznīcināt.
Sistēmas iekšējā enerģija tiek saprasta kā dažādu enerģiju un visu to veidojošo daļiņu summa, piemēram: translācijas, rotācijas un vibrācijas kinētiskā enerģija, saistīšanās enerģija, kohēzija utt.
Pirmais princips dažreiz tiek teikts kā pirmā veida mūžīgā mobilā aparāta pastāvēšanas neiespējamība, tas ir, iespēja radīt darbu, neizmantojot enerģiju kādā no veidiem, kā tas izpaužas.
Otrais termodinamikas princips
Šis otrais princips attiecas uz fizisku notikumu neatgriezeniskumu, īpaši siltuma pārneses laikā.
Liels skaits eksperimentālu faktu pierāda, ka dabiski notiekošajām transformācijām ir noteikta nozīme, nekad neievērojot, ka tās spontāni tiek veiktas pretējā virzienā.
Otrais termodinamikas princips ir vispārinājums tam, ko pieredze māca par to, kādā nozīmē notiek spontānas transformācijas. Tas atbalsta dažādus formulējumus, kas faktiski ir līdzvērtīgi. Britu fiziķis un matemātiķis Lords Kelvins to 1851. gadā paziņoja šādi: "Nav iespējams veikt pārveidošanu, kuras vienīgais rezultāts ir siltuma pārvēršana no viena vienotas temperatūras avota"
Tas ir viens no svarīgākajiem fizikas termodinamikas likumiem; Lai arī tos var formulēt daudzos veidos, tie visi ļauj izskaidrot neatgriezeniskuma un entropijas jēdzienu. Vācu fiziķis un matemātiķis Rūdolfs Klausiuss konstatēja nevienlīdzību, kas ir saistīta starp patvaļīga skaita siltuma avotu temperatūru un absorbēto siltuma daudzumu, kad viela iziet jebkuru ciklisku procesu, atgriezenisku vai neatgriezenisku, apmainot siltumu ar avoti.
Hidroelektrostacijā elektrisko enerģiju ražo no aizsprostotā ūdens potenciālās enerģijas. Šī jauda tiek pārveidota par kinētisko enerģiju, kad ūdens pazeminās caur caurulēm, un neliela daļa šīs kinētiskās enerģijas tiek pārveidota par turbīnas rotācijas kinētisko spēku, kura ass ir neatņemama no ģeneratora induktora ass, kas rada spēku. elektriskā.
Pirmais termodinamikas princips ļauj mums nodrošināt, ka, pārejot no vienas enerģijas formas uz citu, sākotnējā jauda nav bijusi ne palielināta, ne samazinājusies, otrais princips mums saka, ka daļa no šīs enerģijas būs izšauta siltuma veidā.
Trešais termodinamikas princips
Trešo likumu izstrādāja ķīmiķis Valters Nernsts 1906.-1912. Gadā, tāpēc to bieži dēvē par Nernsta teorēmu vai Nernsta postulātu. Šis trešais termodinamikas princips saka, ka absolūtās nulles sistēmas entropija ir noteikta konstante. Tas ir tāpēc, ka pamatstāvoklī ir nulles temperatūras sistēma, tāpēc tās entropiju nosaka pamatstāvokļa deģenerācija. 1912. gadā Nernsts izveidoja likumu šādi: "Ar jebkuru procedūru nav iespējams sasniegt izotermu T = 0 ar ierobežotu soļu skaitu"
Termodinamiskie procesi
Termodinamikas koncepcijā procesi ir izmaiņas, kas notiek sistēmā un kas to pārņem no sākotnējā līdzsvara stāvokļa līdz galīgā līdzsvara stāvoklim. Tos klasificē pēc mainīgā lieluma, kas ir nemainīgs visā procesā.
Process var notikt no ledus kušanas līdz gaisa un degvielas maisījuma aizdedzināšanai, lai virzuļus pārvietotu iekšdedzes motorā.
Termodinamiskā sistēmā var atšķirties trīs apstākļi: temperatūra, tilpums un spiediens. Termodinamiskie procesi tiek pētīti gāzēs, jo šķidrumi nav saspiežami un tilpuma izmaiņas nenotiek. Arī augstas temperatūras dēļ šķidrumi pārvēršas gāzēs. Cietās daļās termodinamiskie pētījumi netiek veikti, jo tie nav saspiežami un pie tiem nav mehāniska darba.
Termodinamisko procesu veidi
Šie procesi tiek klasificēti pēc to pieejas, lai saglabātu nemainīgu vienu no mainīgajiem lielumiem - temperatūru, spiedienu vai tilpumu. Turklāt tiek izmantoti citi kritēriji, piemēram, enerģijas apmaiņa un visu tās mainīgo modificēšana.
Izotermiskais process
Izotermiskie procesi ir visi tie, kuros sistēmas temperatūra paliek nemainīga. Tas tiek darīts, strādājot tā, lai pārējie mainīgie (P un V) laika gaitā mainītos.
Izobariskais process
Izobariskais process ir tāds, kurā spiediens paliek nemainīgs. Temperatūras un tilpuma izmaiņas noteiks tā attīstību. Mainoties temperatūrai, tilpums var brīvi mainīties.
Izohoriski procesi
Izohoriskos procesos tilpums paliek nemainīgs. To var uzskatīt arī par tādiem, kuros sistēma nerada darbu (W = 0).
Būtībā tās ir fizikālas vai ķīmiskas parādības, kuras tiek pētītas jebkura trauka iekšienē, neatkarīgi no tā, vai tas ir satraukts vai nē.
Adiabātiskais process
Adiabātiskais process ir tas termodinamiskais process, kurā nenotiek siltuma apmaiņa no sistēmas uz ārpusi vai pretējā virzienā. Šāda veida procesu piemēri ir tie, kurus var veikt dzērienu termosā.
"> Notiek ielāde…Termodinamisko procesu piemēri
- Izohora procesa piemērs: gāzes tilpums tiek turēts nemainīgs. Kad notiek jebkura veida temperatūras maiņa, to papildina spiediena izmaiņas. Tāpat kā ar tvaiku spiediena katlā, tas palielina spiedienu, kad tas sasilst.
- Kā izotermiskā procesa piemērs: Gāzes temperatūra paliek nemainīga. Palielinoties tilpumam, spiediens samazinās. Piemēram, balons vakuuma pagatavošanas mašīnā palielina tā tilpumu, izveidojoties vakuumam.
- Saistībā ar adiabātisko procesu: piemēram, virzuļa saspiešana velosipēda riepu piepumpēšanas sūknī vai šļirces virzuļa ātra dekompresija, iepriekš saspiežot to ar aizbāztu izplūdes atveri.
