Termodinamiko, kio ĝi estas kaj ĝiaj aplikoj
Termodinamiko estas scienco bazita sur la studo de energio. Termodinamikaj procezoj okazas ĉiutage en ĉiutaga vivo, en hejmoj, en industrio, kun transformo de energio, kiel en klimatiziloj, fridujoj, aŭtoj, kaldronoj, inter aliaj. Tial la graveco de la studo de Termodinamiko, surbaze de kvar bazaj leĝoj, kiuj establas la rilatojn inter la kvalito kaj kvanto de energio, kaj termodinamikaj ecoj.
Por kompreni la leĝojn de Termodinamiko, en facila maniero, oni devas komenci de iuj bazaj konceptoj elmontritaj sube, kiel energio, varmo, temperaturo, inter aliaj.
Ni invitas vin vidi la artikolon La Potenco de la Leĝo de Vato (Aplikoj - Ekzercoj)
Termodinamiko
Iom da historio:
Termodinamiko studas la interŝanĝojn kaj transformojn de energio en procezoj. Jam en la 1600-aj jaroj Galileo komencis fari studojn pri ĉi tiu areo, kun la invento de la vitra termometro, kaj la rilato de la denseco de fluido kaj ĝia temperaturo.
Kun la industria revolucio, studoj estas faritaj por scii la rilatojn inter varmo, laboro kaj la energio de brulaĵoj, kaj ankaŭ por plibonigi la rendimenton de vapormaŝinoj, aperante termodinamikon kiel studscienco, ekde 1697 per la vapormaŝino de Thomas Savery. . La unua kaj dua leĝoj de termodinamiko estis establitaj en 1850. Multaj sciencistoj kiel Joule, Kelvin, Clausius, Boltzmann, Carnot, Clapeyron, Gibbs, Maxwell, inter aliaj, kontribuis al la disvolviĝo de ĉi tiu scienco, "Termodinamiko".
Kio estas termodinamiko?
Termodinamiko estas scienco, kiu studas energiajn transformojn. Ekde komence oni studis kiel transformi varmon en potencon, en vapormaŝinoj, la grekaj vortoj "termo" kaj "dynamis" estis uzataj por nomi ĉi tiun novan sciencon, formante la vorton "termodinamiko". Vidu figuron 1.
Termodinamikaj Aplikoj
La areo de apliko de termodinamiko estas tre vasta. La transformo de energio okazas en multnombraj procezoj de la homa korpo, kun la digesto de manĝaĵoj, eĉ en multaj industriaj procezoj por produktado de produktoj. En hejmoj ekzistas ankaŭ aparatoj, kie termodinamiko aplikiĝas al feroj, akvovarmigiloj, klimatiziloj, inter aliaj. La principoj de termodinamiko ankaŭ estas aplikataj en plej diversaj kampoj, kiel en elektrocentraloj, aŭtoj kaj raketoj. Vidu figuron 2.
Bazoj de Termodinamiko
Energio (E)
Posedaĵo de iu ajn materiala aŭ nemateria korpo aŭ sistemo transformebla per modifo de ĝia situacio aŭ stato. Ĝi ankaŭ estas difinita kiel la potencialo aŭ la kapablo movi materion. En figuro 3 vi povas vidi iujn energifontojn.
Formoj de energio
Energio venas en multaj formoj, kiel ekzemple vento, elektra, mekanika, nuklea energio, inter aliaj. En la studo de termodinamiko oni uzas kinetan energion, potencialan energion kaj internan energion de korpoj. La kineta energio (Ec) rilatas al la rapido, la potenciala energio (Ep) kun la alteco kaj la interna energio (U) kun la movado de la internaj molekuloj. Vidu figuron 4.
Varmeco (Q):
Translokigo de termika energio inter du korpoj, kiuj estas ĉe malsamaj temperaturoj. Varmeco mezuras en leulo, BTU, funtoj-piedoj aŭ en kalorioj.
Temperaturo (T):
Ĝi estas mezuro de la kineta energio de la atomoj aŭ molekuloj, kiuj konsistigas iun ajn materian objekton. Ĝi mezuras la gradon de agitado de la internaj molekuloj de objekto, de ĝia varmenergio. Ju pli granda estas la movado de la molekuloj, des pli alta estas la temperaturo. Ĝi estas mezurita per celsiaj gradoj, kelvinaj gradoj, gradoj Rankino aŭ Fahrenheit-grado. En figuro 5 la ekvivalenteco inter iuj temperaturaj skaloj estas prezentita.
Termodinamikaj Principoj
La studo de energiaj transformoj en termodinamiko baziĝas sur kvar leĝoj. La unua kaj dua leĝoj rilatas al la kvalito kaj kvanto de energio; dum la tria kaj kvara leĝoj rilatas al termodinamikaj ecoj (temperaturo kaj entropio). Vidu figurojn 6 kaj 7.
Unua Leĝo de Termodinamiko:
La unua leĝo starigas la principon de konservado de energio. Energio povas esti transdonita de unu korpo al alia, aŭ ŝanĝita al alia formo de energio, sed ĝi ĉiam konserviĝas, do la tuta energio ĉiam restas konstanta.
Glitkura deklivirejo estas bona ekzemplo de la Leĝo pri Konservado de Energio, kie oni trovas, ke energio ne estas kreita aŭ detruita, sed transformiĝas en alian specon de energio. Por glitkuranto kiel tiu en figuro 8, kiam nur la gravita forto influas, ni devas:
- Pozicio 1: Kiam la glitkuranto estas ĉe la supro de la deklivirejo, li havas internan energion kaj potencialan energion pro la alteco ĉe kiu li estas, sed lia kineta energio estas nula ĉar li ne moviĝas (rapideco = 0 m / s).
- Pozicio 2: Ĉar la glitkuranto komencas gliti laŭ la deklivirejo, la alteco malpliiĝas, malpliigante la internan energion kaj la potencialan energion, sed pliigante sian kinetan energion, ĉar lia rapideco pliiĝas. La energio transformiĝas en kinetan energion. Kiam la glitkuranto atingas la plej malaltan punkton de la deklivirejo (pozicio 2), lia ebla energio estas nul (alteco = 0m), dum li akiras la plej altan rapidecon en sia vojaĝo laŭ la deklivirejo.
- Pozicio 3: Dum la deklivirejo supreniras, la glitkuranto perdas rapidecon, malpliigante sian kinetan energion, sed la interna energio pliiĝas, kaj la potencialan energion, kiam li akiras altecon.
Dua leĝo de termodinamiko:
La dua leĝo rilatas al la "kvalito" de energio, en la optimumigo de la konvertiĝo kaj / aŭ transdono de energio. Ĉi tiu leĝo establas, ke en realaj procezoj la kvalito de energio emas malpliiĝi. La difino de la termodinamika propraĵo "entropio" estas enkondukita. En la deklaroj de la dua leĝo estas establite kiam procezo povas okazi kaj kiam ĝi ne povas, eĉ se la unua leĝo daŭre plenumiĝas. Vidu figuron 9.
Nula Leĝo:
La nula leĝo diras, ke se du sistemoj en ekvilibro kun tria estas en ekvilibro inter si. Ekzemple, por Figuro 10, se A estas en termobalanco kun C, kaj C estas en termobalanco kun B, tiam A estas en termobalanco kun B.
Aliaj konceptoj de la Termodinamiko
Sistemo
Parto de la universo, kiu interesas aŭ studas. Por la taso da kafo en Figuro 11, la "sistemo" estas la enhavo de la taso (kafo), kie la translokigo de termika energio povas esti studata. Vidu figuron 12. [4]
Medio
Ĝi estas la resto de la universo ekstera al la studata sistemo. En Figuro 12, la kaftaso estas konsiderata la "rando" kiu enhavas la kafon (sistemo) kaj kio estas ekster la taso (rando) estas la "ĉirkaŭaĵo" de la sistemo.
Termodinamika Ekvilibro
Ŝtato, en kiu la ecoj de la sistemo estas bone difinitaj kaj ne varias laŭlonge de la tempo. Kiam sistemo prezentas termikan ekvilibron, mekanikan ekvilibron kaj kemian ekvilibron, ĝi estas en "termodinamika ekvilibro". En ekvilibro, sistemo ne povas modifi sian staton krom se ekstera agento agas sur ĝi. Vidu figuron 13.
Muro
Ento, kiu permesas aŭ malhelpas interagojn inter sistemoj. Se la muro permesas la trairon de substanco, laŭdire ĝi estas penetrebla muro. Adiabata muro estas tiu, kiu ne permesas varmotransigon inter du sistemoj. Kiam la muro permesas la translokigon de varmenergio ĝi nomiĝas diatermika muro. Vidu figuron 14.
Konkludoj
Energio estas la kapablo movi materion. Ĉi tio povas esti transformita modifante sian situacion aŭ staton.
Termodinamiko estas scienco, kiu studas la interŝanĝojn kaj transformojn de energio en procezoj. La studo de energiaj transformoj en termodinamiko baziĝas sur kvar leĝoj. La unua kaj dua leĝoj rilatas al la kvalito kaj kvanto de energio; dum la tria kaj kvara leĝoj rilatas al termodinamikaj ecoj (temperaturo kaj entropio).
Temperaturo estas mezuro de la grado de agitado de la molekuloj, kiuj konsistigas korpon, dum varmo estas la translokigo de varmenergio inter du korpoj, kiuj estas ĉe malsamaj temperaturoj.
Termodinamika ekvilibro ekzistas kiam la sistemo estas samtempe en termika ekvilibro, mekanika ekvilibro kaj kemia ekvilibro.
Dankon: Por la disvolviĝo de ĉi tiu artikolo ni havis la honoron havi la konsilon de la Inĝeniero Marisol Pino, Specialisto pri Industria Instrumentado kaj Kontrolo.