Bazele termodinamicii

Termodinamica pentru ce?

În termodinamică există doar trei legi fundamentale pe care se construiește această știință. Termodinamica este un subiect fundamental care studiază procesele de conversie a energiei. În legile termodinamicii nu există excepții, cum ar fi, de exemplu, în chimie. Pentru a lucra cu termodinamica, este necesar să studiem conceptele de bază care sunt folosite pentru a studia tot ceea ce ne înconjoară. Termodinamica este folosită pentru a studia un anumit obiect, primul lucru de făcut este să decideți ce vom studia.

Care este sistemul termodinamic?

Deci, primul concept, sistemul termodinamic - este un obiect de studiu, o parte a spațiului, limitat de o limită fizică sau imaginară. care va fi supus studiului. Dacă vom studia schimbul de energie într-o persoană, atunci întreaga persoană este un sistem termodinamic. Dacă studiem schimbul de căldură cu soarele, atunci soarele este un sistem termodinamic. Dacă studiem schimbul de căldură dintre sobă și casă, atât soba, cât și casa sunt un sistem termodinamic.

Limitele sistemului sunt ceea ce?

Este important să se identifice unde se termină sistemul, limita sistemului termodinamic - un obiect fizic sau imaginar, de exemplu, dacă studiem Thermomug de cafea ca un sistem termodinamic, cafeaua - este un sistem, iar pereții interiori ai cluburilor și partea inferioară a capacului - o limită de sistem. Putem studia, de asemenea, secțiunea de conductă prin care curge un lichid: suprafața interioară a țevii și anume de contact zona de frontieră (imaginar) va fi limita sistemului termodinamic.

Mediul

Tot ceea ce este în afara limitei sistemului este mediul. Se înțelege că mediul nu se schimbă în timp, i. E. toți parametrii săi sunt constanți, indiferent de ceea ce se întâmplă în sistem (de exemplu, sistemul poate da sau poate lua căldură din mediul înconjurător, care nu afectează în niciun fel mediul).

Ce tipuri de sisteme termodinamice există?

Sistem deschis

Un sistem deschis este un sistem care schimbă materia și energia cu mediul. Aceasta poate fi, de exemplu, o cameră de combustie într-un motor sau într-o turbină cu abur.

Sistem închis

Într-un sistem închis, nu este posibilă nici o modificare a masei unei substanțe, nici schimbul de materie cu mediul. De exemplu, ambalarea în vid - până când masa intacte ambalaj in interiorul constanta de produs (desigur, în cazul în care survin procese chimice complexe, care nu prezintă interes în această situație).

Sistemul adiabatic

Poate fi deschis sau închis, dar în orice caz nu există schimb de energie sub formă de căldură.

Care sunt proprietățile sistemului termodinamic?

Sistemul termodinamic este descris printr-un set de cantități care nu depind de stările anterioare ale sistemului. Fiecare stare poate fi descrisă prin cantități termodinamice. Orice caracteristică a sistemului este intensă sau aditivă. Caracteristica intensivă (din latină intensivă - aparținând obiectului) nu depinde de dimensiunea sistemului, adică magnitudinea sa este aceeași pentru întregul sistem (sau o parte a sistemului) indiferent de dimensiune, de exemplu temperatura sau concentrația. Aditiv răspuns (din latină - să fie conectate) depinde de mărimea obiectului selectat și întregul sistem va fi suma valorilor pentru toate elementele sale, cum ar fi greutatea.

Volum specific și densitate ν, ρ

n = V / m volum specific
ρm = densitatea m / V

Presiunea P

P = F / A este forța normală pe unitatea de suprafață

Presiunea se distinge prin absolut și manometric. Manometric - această presiune este excesivă în raport cu atmosfericul (pentru vid, presiunea ecartamentului este negativă). Presiunea absolută este presiunea relativă la vidul total.

Unități de măsurare a presiunii:
Pascal (Pa) = 1 N / m2
Bar (bar) = 10 5 N / m 2 = 10 5 Pa
Atmosferă (atm) = 1,013 bar = 760 mm Hg
Pound per inch pătrat - lbs sau psi ≈ 6894,8 Pa

Schimbul termodinamic, cum se întâmplă?

Sistemele termodinamice schimbă energia prin schimbarea proprietăților. Distingem următoarele forme de energie: mecanice, electrice, magnetice, termice, chimice și nucleare.

Schimbul de energie are loc în două moduri: lucrul (schimbul macroscopic) și căldura (schimbul microscopic). Folosind lucrarea, parametrii aditivi ai sistemului sunt modificați. Prin căldură, energia internă a sistemului se schimbă.

Echilibrul termodinamic

Spunem că sistemul este într-un echilibru termodinamic, atunci când interacțiunea rezultantă a oricărui tip de energie sau materie între sistem și mediu este zero.

Ecuația de stare a unui gaz ideal

Sub gaz ideal se referă la următoarele ipoteze: moleculele sunt reprezentate ca puncte, coliziuni între ele complet elastic (adică coliziune nu generează căldură), și nici o forță de atracție și repulsie între molecule. Acest model este potrivit numai pentru calculele teoretice și pentru un gaz real este semnificativ mai complicat.

Ecuația de stare a unui gaz ideal
P V = N R T
unde P - presiunea [Pa], V - volumul de gaz [m 3], N - numărul de moli de gaz, R - constanta universală a gazelor (un egal constant la extinderea unui mol de gaz ideal în creșterea temperaturii de proces izobară de 1 K), T - temperatura absolută [K]
Forma generală a ecuației de stat:
P = P (T, V)

Procese în termodinamică

Pentru a simplifica calculele, termodinamica utilizează sisteme și tipuri de procese idealizate.

Procesul quasiist

Un astfel de proces, în care fiecare stare succesivă a sistemului este în echilibru, numit quasistatic. Acest lucru înseamnă că toate modificările din sistem apar suficient de lent pentru a nu apărea un tranzitoriu. Imaginați-vă că Brew cafea la franceză-Press: Dacă apăsați încet pe piston, cafeaua se va soluționa în jos dacă încercați să dramatic cu o mare forță pentru a împinge pistonul este în primul rând, în total, veți avea nevoie de mai multă energie, și în al doilea rând , toată cafeaua se va turna, datorită unei creșteri bruște a presiunii și a incompresibilității lichidului. Un proces quasistatic este un proces lent în care toate părțile sistemului sunt în aceeași stare.

Procese reversibile și ireversibile

Un proces reversibil se numește cel care poate apărea în direcția opusă dezvoltării normale, restabilind schimburile de energie care au avut loc. Un astfel de proces este cvasi-static și nu poate fi real. Într-un proces reversibil, nu există o forță de neechilibru între sistem și mediu. Un proces ireversibil este orice proces real.

Procesul politropic

Un alt model al unui sistem ideal care corespunde ecuației "Pv n = cte" (pentru n = cte). Folosit pentru astfel de sisteme, al căror comportament este similar cu comportamentul unui gaz ideal. Un astfel de proces descrie destul de bine comportamentul unui gaz și rezultatul este aproape de realitate.

Deseori considerate cazuri speciale procese Polytropic: izobară (presiune constantă), izoterma (temperatură constantă) adiabatic (fără schimb de căldură cu mediul înconjurător) și (volum constant) izocoră.

Recomanda articolul prietenilor tăi:

Articole similare

Pagina anterioară

Pagina următoare