Basiese elektrisiteittegnologie

Termodinamika, wat dit is en die toepassings daarvan

Termodinamika is 'n wetenskap wat gebaseer is op die studie van energie. Termodinamiese prosesse vind daagliks plaas in die alledaagse lewe, in huise, in die industrie, met die transformasie van energie, soos onder andere in lugversorgingstoerusting, yskaste, motors, ketels. Daarom is die belangrikheid van die studie van termodinamika gebaseer op vier basiese wette wat die verwantskap tussen die kwaliteit en hoeveelheid energie en termodinamiese eienskappe bepaal.

Om die wette van termodinamika op 'n maklike manier te verstaan, moet u begin met 'n paar basiese konsepte wat hieronder blootgestel word, soos onder andere energie, hitte, temperatuur.

Ons nooi u uit om die artikel te sien Die krag van Watt se wet (toepassings - oefeninge)

The Power of Watt's Law (Applications - Exercises) artikelomslag
citeia.com

Termodinamika

'N bietjie geskiedenis:

Termodinamika bestudeer die uitruil en transformasies van energie in prosesse. Reeds in die 1600's het Galileo studies in hierdie gebied begin uitvoer, met die uitvinding van die glastermometer, en die verband tussen die digtheid van 'n vloeistof en die temperatuur daarvan.

Met die industriële rewolusie word studies gedoen om die verwantskappe tussen hitte, werk en die energie van brandstof te ken, asook om die werkverrigting van stoomenjins te verbeter, en die opkomende termodinamika as 'n studiewetenskap te begin, wat in 1697 begin het met die Thomas Savery se stoomenjin. . Die eerste en tweede wette van termodinamika is in 1850 ingestel. Baie wetenskaplikes soos onder andere Joule, Kelvin, Clausius, Boltzmann, Carnot, Clapeyron, Gibbs, Maxwell, het bygedra tot die ontwikkeling van hierdie wetenskap, 'Thermodynamics'.

Wat is termodinamika?

Termodinamika is 'n wetenskap wat energietransformasies bestudeer. Aangesien daar aanvanklik bestudeer is om hitte in krag te omskep, in stoomenjins, is die Griekse woorde "thermos" en "dynamis" gebruik om hierdie nuwe wetenskap te noem, wat die woord "termodinamika" vorm. Sien figuur 1.

Oorsprong van die woord termodinamika
citeia.com (fig 1)

Termodinamiese toepassings

Die toepassingsgebied van termodinamika is baie breed. Die transformasie van energie vind plaas in verskeie prosesse van die menslike liggaam, met die vertering van voedsel, na talle industriële prosesse vir die produksie van produkte. In huise is daar ook toestelle waar termodinamika onder andere op ysters, waterverwarmers, lugversorgers toegepas word. Die beginsels van termodinamika word ook toegepas in 'n wye verskeidenheid ander velde, soos in kragstasies, motors en vuurpyle. Sien figuur 2.

Sommige gebruike van termodinamika
citeia.com (fig 2)

Basiese beginsels van Termodinamika

Energie (E)

Eiendom van enige materiële of nie-materiële liggaam of stelsel wat getransformeer kan word deur die situasie of toestand daarvan te verander. Dit word ook gedefinieer as die potensiaal of die vermoë om materie te beweeg. In figuur 3 kan u 'n paar energiebronne sien.

Energiebronne
citeia.com (fig 3)

Vorme van energie

Energie kom in baie vorme voor, soos onder meer wind, elektriese, meganiese, kernenergie. In die studie van termodinamika word kinetiese energie, potensiële energie en interne energie van liggame gebruik. Die kinetiese energie (Ec) hou verband met die spoed, die potensiële energie (Ep) met die hoogte en die interne energie (U) met die beweging van die interne molekules. Sien figuur 4.

Kinetiese, potensiële en interne energie in termodinamika.
citeia.com (fig 4)

Verhit (Q):

Oordrag van termiese energie tussen twee liggame wat by verskillende temperature is. Hitte word gemeet in Joule, BTU, pondvoet of in kalorieë.

Temperatuur (T):

Dit is 'n maatstaf van die kinetiese energie van die atome of molekules waaruit enige materiële voorwerp bestaan. Dit meet die mate van roering van die interne molekules van 'n voorwerp, van die termiese energie daarvan. Hoe groter die beweging van die molekules, hoe hoër die temperatuur. Dit word gemeet in grade Celsius, grade Kelvin, grade Rankine of grade Fahrenheit. In figuur 5 word die ekwivalensie tussen sommige temperatuurskale aangebied.

Sommige vergelykings en temperatuurskale.
citeia.com (fig 5)

Termodinamiese beginsels

Die studie van energietransformasies in termodinamika is gebaseer op vier wette. Die eerste en tweede wette hou verband met die kwaliteit en hoeveelheid energie; terwyl die derde en vierde wette verband hou met termodinamiese eienskappe (temperatuur en entropie). Sien figure 6 en 7.

Wette wat verband hou met energie in termodinamika.
citeia.com (fig 6)

Eerste wet van termodinamika:

Die eerste wet bepaal die beginsel van energiebesparing. Energie kan van een liggaam na 'n ander oorgedra word, of verander word na 'n ander vorm van energie, maar dit word altyd behoue ​​gebly, sodat die totale hoeveelheid energie altyd konstant bly.

Wette wat verband hou met termodinamiese eienskappe
citeia.com (fig 7)

'N Skaatshelling is 'n goeie voorbeeld van die wet op die behoud van energie, waar daar gevind word dat energie nie geskep of vernietig word nie, maar in 'n ander soort energie omskep word. Vir 'n skater soos die in figuur 8, wanneer slegs die swaartekrag beïnvloed, moet ons:

  • Posisie 1: As die skater bo-op die oprit is, het hy interne energie en potensiële energie as gevolg van die hoogte waarop hy is, maar sy kinetiese energie is nul, aangesien hy nie in beweging is nie (snelheid = 0 m / s).
  • Posisie 2: Soos die skater van die oprit af begin gly, neem die hoogte af, verminder die interne energie en die potensiële energie, maar verhoog die kinetiese energie namate sy spoed toeneem. Die energie word omskep in kinetiese energie. Wanneer die skater die laagste punt van die oprit (posisie 2) bereik, is sy potensiële energie nul (hoogte = 0m), terwyl hy die hoogste spoed verwerf tydens sy afrit af.
  • Posisie 3: Soos die oprit opgaan, verloor die skater spoed, verminder sy kinetiese energie, maar die interne energie neem toe, en die potensiële energie, namate hy hoogte kry.
Behoud van energie in termodinamika.
citeia.com (fig 8)

Tweede wet van termodinamika:

Die tweede wet hou verband met die "kwaliteit" van energie in die optimalisering van die omskakeling en / of oordrag van energie. Hierdie wet bepaal dat die kwaliteit van energie in werklike prosesse afneem. Die definisie van die termodinamiese eienskap "entropie" word bekendgestel. In die verklarings van die tweede wet word vasgestel wanneer 'n proses kan plaasvind en wanneer dit nie kan nie, selfs al word die eerste wet steeds nagekom. Sien figuur 9.

Gevoel van hitte-oordrag.
citeia.com (fig 9)

Geen wet:

Die zero-wet stel dat as twee stelsels in ewewig met 'n derde is, dit in ewewig met mekaar is. Byvoorbeeld, vir Figuur 10, as A in termiese ewewig met C is, en C in termiese ewewig met B is, dan is A in termiese ewewig met B.

Nul wet van termodinamika
citeia.com (fig 10)

Ander begrippe van die Termodinamika

stelsel

Deel van die heelal wat van belang is of vir studie. Vir die koppie koffie in Figuur 11 is die "stelsel" die inhoud van die beker (koffie) waar die oordrag van termiese energie bestudeer kan word. Sien figuur 12. [4]

Stelsel, grens en omgewing van 'n termodinamiese stelsel.
citeia.com (fig 11)

omgewing

Dit is die res van die heelal buite die stelsel wat bestudeer word. In Figuur 12 word die koffiebeker beskou as die 'rand' wat die koffie bevat (stelsel) en wat buite die beker (rand) is, is die 'omgewing' van die stelsel.

Termodinamiese stelsel wat termodinamiese ewewig verklaar.
citeia.com (fig 12)

Termodinamiese ewewig

Noem waarin die eienskappe van die stelsel goed gedefinieër is en nie oor tyd verskil nie. Wanneer 'n stelsel termiese ewewig, meganiese ewewig en chemiese ewewig bied, is dit in 'termodinamiese ewewig'. In ewewig kan 'n stelsel sy toestand nie verander nie, tensy 'n eksterne agent daarop reageer. Sien figuur 13.

Termodinamiese ewewig
citeia.com (fig 13)

muur

Entiteit wat interaksies tussen stelsels toelaat of voorkom. As die muur die deurlaat van die stof toelaat, word gesê dat dit 'n deurlaatbare muur is. 'N Adiabatiese muur is een wat nie hitte-oordrag tussen twee stelsels toelaat nie. Wanneer die muur die oordrag van termiese energie moontlik maak, word dit 'n diatermiese muur genoem. Sien figuur 14.

Muur van 'n termodinamiese stelsel
citeia.com (14 fig)

Gevolgtrekkings

Energie is die vermoë om materie te beweeg. Dit kan getransformeer word deur die situasie of toestand daarvan te verander.

Termodinamika is 'n wetenskap wat die uitruil en transformasies van energie in prosesse bestudeer. Die studie van energietransformasies in termodinamika is gebaseer op vier wette. Die eerste en tweede wette hou verband met die kwaliteit en hoeveelheid energie; terwyl die derde en vierde wette verband hou met termodinamiese eienskappe (temperatuur en entropie).

Temperatuur is 'n maatstaf van die mate van roering van die molekules waaruit 'n liggaam bestaan, terwyl hitte die oordrag van termiese energie is tussen twee liggame wat by verskillende temperature is.

Termodinamiese ewewig bestaan ​​wanneer die stelsel gelyktydig in termiese ewewig, meganiese ewewig en chemiese ewewig is.

Dankie-nota: Vir die ontwikkeling van hierdie artikel het ons die eer gehad om die advies van die Ing. Marisol Pino, spesialis in industriële instrumentasie en beheer.