Týmto pojmom sa rozumie celý rad štúdií a experimentov uskutočňovaných na základe fyzikálnych zákonov, ktoré podrobne analyzujú rovnováhu pozemských prvkov a tiež to, ako teplo a energia ovplyvňujú život na planéte a na Zemi. materiály, ktoré ho tvoria. Z toho bolo možné vytvoriť rôzne stroje, ktoré pomáhajú v priemyselných procesoch. Slovo pochádza z gréckych slov θερμο a δύναμις, ktoré znamenajú „termo“ a „teplo.
Čo je termodynamika
Obsah
Definícia termodynamiky naznačuje, že je to veda, ktorá sa osobitne zaoberá zákonmi, ktoré riadia transformáciu tepelnej energie na mechanickú energiu a naopak. Je založený na troch základných princípoch a má zjavné filozofické dôsledky. Umožňuje tiež formulovanie pojmov, ktoré patria medzi najrozsiahlejšie vo fyzike.
V rámci toho sa používajú rôzne metódy vyšetrovania a zhodnocovania požadovaných objektov, napríklad rozsiahle a nerozsiahle veličiny. Rozsiahla skúma vnútornú energiu, molárne zloženie alebo objem a druhá skúma tlak., teplota a chemický potenciál; aj napriek tomu sa na presnú analýzu používajú iné veličiny.
Čo študuje termodynamika
Termodynamika študuje výmeny tepelnej energie medzi systémami a mechanické a chemické javy, ktoré tieto výmeny znamenajú. Osobitným spôsobom má na starosti štúdium javov, pri ktorých dochádza k premene mechanickej energie na tepelnú energiu a naopak, javov, ktoré sa nazývajú termodynamické transformácie.
Je považovaná za fenomenologickú vedu, pretože sa zameriava na makroskopické štúdie objektov a iných predmetov. Podobne využíva ďalšie vedy, aby dokázala vysvetliť javy, ktoré sa snaží identifikovať vo svojich objektoch analýzy, napríklad štatistickú mechaniku. Termodynamické systémy používajú niektoré rovnice, ktoré pomáhajú zmiešať ich vlastnosti.
Medzi jeho základnými princípmi možno nájsť energiu, ktorá sa môže prenášať z jedného tela do druhého prostredníctvom tepla. Vzťahuje sa na mnoho oblastí štúdia, ako je strojárstvo, ako aj na spoluprácu pri vývoji motorov, štúdium fázových zmien, chemických reakcií a čiernych dier.
Čo je to termodynamický systém
Termodynamický systém sa nazýva teleso alebo súbor telies, nad ktorými prebieha termodynamická premena. Štúdium systému sa začína od stavu, to znamená od jeho fyzikálnych podmienok v danom okamihu. Na mikroskopickej úrovni možno tento stav opísať pomocou súradníc alebo tepelných premenných, ako sú hmotnosť, tlak, teplota atď., Ktoré sú dokonale merateľné, ale na mikroskopickej úrovni tvoria frakcie (molekuly, atómy), ktoré tvoria systému a identifikovať množinu polôh a rýchlostí týchto častíc, od ktorých nakoniec závisia mikroskopické vlastnosti.
Termodynamický systém je navyše oblasť vesmíru, ktorá je predmetom štúdie, ktorá sa vykonáva, a ktorá je obmedzená povrchom, ktorý môže byť skutočný alebo imaginárny. Región mimo systému, ktorý s ním interaguje, sa nazýva systémové prostredie. Termodynamický systém interaguje so svojím prostredím prostredníctvom výmeny hmoty a energie.
Povrch, ktorý oddeľuje systém od zvyšku jeho kontextu, sa nazýva múr a podľa jeho charakteristík sa delí na tri typy, ktoré sú:
Otvorený termodynamický systém
Je to výmena medzi energiou a hmotou.
Uzavretý termodynamický systém
Nemení hmotu, ale energiu.
Izolovaný termodynamický systém
Nemení hmotu ani energiu.
Princípy termodynamiky
Termodynamika má určité základy, ktoré určujú základné fyzikálne veličiny, ktoré predstavujú termodynamické systémy. Tieto princípy vysvetľujú, aké je ich správanie za určitých podmienok a zabraňujú vzniku určitých javov.
O tele sa hovorí, že je v tepelnej rovnováhe, keď je rovnaké teplo, ktoré vníma a vydáva. V tomto prípade je teplota všetkých jej bodov konštantná a zostáva konštantná. Paradoxným prípadom tepelnej rovnováhy je železo vystavené slnku.
Teplota tohto telesa po dosiahnutí rovnováhy zostáva vyššia ako teplota prostredia, pretože nepretržitý príspevok slnečnej energie je kompenzovaný tým, čo telo vyžaruje a stráca ho vedením a konvekciou.
Nula princíp termodynamiky alebo nula termodynamický zákon je prítomný, keď dve telesá sú v styku so pri rovnakej teplote po dosiahnutí tepelnej rovnováhy. Je ľahko pochopiteľné, že najchladnejšie telo sa zahreje a teplejšie ochladí, a teda čistý tok tepla medzi nimi klesá, keď sa zmenšuje ich teplotný rozdiel.
"> Načítava sa…Prvý zákon termodynamiky
Prvým princípom termodynamiky je princíp zachovania energie (správne a podľa teórie relativity hmoty-energie), podľa ktorého sa ani nevytvára, ani nezničí, hoci sa dá určitým spôsobom transformovať do iného.
Zovšeobecnenie energetického princípu nám umožňuje potvrdiť, že variácia vnútornej sily systému je súčtom vykonanej a prenesenej práce, čo je logické tvrdenie, pretože sa preukázalo, že práca a teplo sú spôsoby prenosu energie a že vytvoriť alebo zničiť.
Vnútornou energiou systému sa rozumie súčet rôznych energií a všetkých častíc, ktoré ju tvoria, ako napríklad: kinetická energia translácie, rotácie a vibrácií, energia väzby, súdržnosti atď.
Prvý princíp sa niekedy uvádzal ako nemožnosť existencie večného mobilného telefónu prvého druhu, to znamená možnosti produkovať prácu bez spotreby energie akýmkoľvek spôsobom, ktorým sa prejavuje.
Druhý princíp termodynamiky
Tento druhý princíp sa zaoberá nezvratnosťou fyzikálnych dejov, najmä v čase prenosu tepla.
Veľké množstvo experimentálnych faktov demonštruje, že transformácie, ktoré sa prirodzene vyskytujú, majú určitý význam, bez toho, aby boli vôbec pozorované, že sa spontánne uskutočňujú opačným smerom.
Druhým princípom termodynamiky je zovšeobecnenie toho, čo skúsenosť učí o zmysle, v akom dochádza k spontánnym transformáciám. Podporuje rôzne formulácie, ktoré sú v skutočnosti rovnocenné. Lord Kelvin, britský fyzik a matematik, to uviedol v roku 1851 takto: „Je nemožné uskutočniť transformáciu, ktorej jediným výsledkom je premena tepla získaného z jedného zdroja rovnomernej teploty na prácu“
Toto je jeden z najdôležitejších zákonov termodynamiky vo fyzike; Aj keď ich možno formulovať mnohými spôsobmi, všetky vedú k vysvetleniu pojmu nezvratnosť a pojmu entropia. Nemecký fyzik a matematik Rudolf Clausius ustanovil nerovnosť, ktorá súvisí medzi teplotami ľubovoľného počtu tepelných zdrojov a množstvom absorbovaného tepla, ktoré dodávajú, keď látka prechádza akýmkoľvek cyklickým procesom, reverzibilným alebo nevratným, výmenou tepla s zdroje.
Vo vodnej elektrárni sa elektrická energia vyrába z potenciálnej energie prehradenej vody. Táto sila sa premieňa na kinetickú energiu, keď voda klesá cez potrubie a malá časť tejto kinetickej energie sa premieňa na rotačnú kinetickú silu turbíny, ktorej os je integrálna s osou induktora alternátora, ktorý generuje silu elektrický.
Prvý princíp termodynamiky nám umožňuje zabezpečiť, aby pri zmenách z jednej formy energie na druhú nedošlo ani k zvýšeniu, ani k zníženiu počiatočného výkonu, druhý princíp nám hovorí, že časť tejto energie bude vypálená vo forme tepla.
Tretí princíp termodynamiky
Tretí zákon vyvinul chemik Walther Nernst v rokoch 1906-1912, a preto sa často označuje ako Nernstova veta alebo Nernstov postulát. Tento tretí princíp termodynamiky hovorí, že entropia systému s absolútnou nulou je určitou konštantou. Je to tak preto, lebo v jeho základnom stave je systém s nulovou teplotou, takže jeho entropia je určená degeneráciou základného stavu. V roku 1912 Nernst ustanovil zákon takto: „Je nemožné pri akomkoľvek postupe dosiahnuť izotermu T = 0 v konečnom počte krokov“
Termodynamické procesy
V koncepcii termodynamiky sú procesy zmeny, ktoré prebiehajú v systéme a ktoré ho vedú zo stavu počiatočnej rovnováhy do stavu konečnej rovnováhy. Tieto sa klasifikujú podľa premennej, ktorá sa počas celého procesu udržiavala na konštantnej hodnote.
Môže dôjsť k procesu od topenia ľadu až do zapálenia zmesi vzduchu a paliva, aby sa vykonal pohyb piestov v motore s vnútorným spaľovaním.
V termodynamickom systéme sa môžu líšiť tri podmienky: teplota, objem a tlak. Termodynamické procesy sa študujú v plynoch, pretože kvapaliny sú nestlačiteľné a nedochádza k objemovým zmenám. Kvôli vysokým teplotám sa tiež kvapaliny menia na plyny. V pevných látkach sa termodynamické štúdie nevykonávajú, pretože sú nestlačiteľné a nie je na nich mechanická práca.
Typy termodynamických procesov
Tieto procesy sú klasifikované podľa ich prístupu, aby sa udržala konštantná jedna z premenných, buď teplota, tlak alebo objem. Ďalej sa uplatňujú ďalšie kritériá, ako napríklad výmena energie a úprava všetkých jej premenných.
Izotermický proces
Izotermické procesy sú všetky procesy, pri ktorých zostáva teplota systému konštantná. To sa deje tak, že sa ostatné premenné (P a V) časom menia.
Izobarický proces
Izobarický proces je taký, pri ktorom tlak zostáva konštantný. Jeho vývoj bude závisieť od variácií teploty a objemu. Pri zmene teploty sa hlasitosť môže voľne meniť.
Izochorické procesy
V izochorických procesoch zostáva objem konštantný. Možno ho tiež považovať za tie, pri ktorých systém negeneruje žiadnu prácu (W = 0).
V zásade ide o fyzikálne alebo chemické javy, ktoré sa študujú vo vnútri akejkoľvek nádoby, či už za miešania alebo nie.
Adiabatický proces
Adiabatický proces je taký termodynamický proces, pri ktorom nedochádza k výmene tepla zo systému smerom von alebo opačným smerom. Príklady tohto typu procesu sú také, ktoré sa dajú uskutočniť v termoske na nápoje.
"> Načítava sa…Príklady termodynamických procesov
- Príklad izochorického procesu: Objem plynu sa udržuje na konštantnej hodnote. Ak dôjde k akémukoľvek typu zmeny teploty, bude to sprevádzať zmena tlaku. Rovnako ako je to v prípade pary v tlakovom hrnci, pri zahrievaní zvyšuje svoj tlak.
- Ako príklad izotermického procesu: Teplota plynu zostáva konštantná. Pri zvyšovaní objemu tlak klesá. Napríklad balón v prístroji na výrobu vákua zväčšuje svoj objem, keď sa vytvára vákuum.
- Pokiaľ ide o adiabatický proces: napríklad stlačenie piestu v nafukovacom čerpadle pneumatiky pre bicykle alebo rýchla dekompresia piestu injekčnej striekačky, ktorá je predtým stlačená s upchatým výstupným otvorom.
