Oinarrizko ElektrizitateaTeknologia

Termodinamika, zer den eta bere aplikazioak

Termodinamika energiaren azterketan oinarritutako zientzia da. Prozesu termodinamikoak egunero gertatzen dira eguneroko bizitzan, etxeetan, industrian, energiaren eraldaketarekin, hala nola klimatizazio ekipoetan, hozkailuetan, autoetan, galdaretan, besteak beste. Hortik dator Termodinamikaren azterketaren garrantzia, energiaren kalitatearen eta kantitatearen eta propietate termodinamikoen arteko erlazioak ezartzen dituzten oinarrizko lau legeetan oinarrituta.

Termodinamikaren legeak ulertzeko, modu errazean, behean azaltzen diren oinarrizko kontzeptu batzuetatik abiatu behar da, hala nola, energia, beroa, tenperatura, besteak beste.

Artikulua ikustera gonbidatzen zaitugu Watt-en legearen indarra (Aplikazioak - Ariketak)

Watt-en Legearen indarra (Aplikazioak - Ariketak) artikuluaren azala
citeia.com

Termodinamika

Historia apur bat:

Termodinamikak energiaren trukeak eta eraldaketak prozesuetan aztertzen ditu. Dagoeneko 1600. urtean Galileo arlo horretan azterketak egiten hasi zen, beira termometroa asmatu eta fluido baten dentsitatearen eta haren tenperaturaren arteko erlazioarekin.

Industria iraultzarekin batera, beroaren, lanaren eta erregaien energiaren arteko erlazioak ezagutzeko azterketak egiten dira, bai eta lurrun makinen errendimendua hobetzeko ere, termodinamika aztertzen ari den ikerketa zientzia gisa, 1697an Thomas Savery lurrun makinarekin. . Termodinamikaren lehenengo eta bigarren legeak 1850ean ezarri ziren. Joule, Kelvin, Clausius, Boltzmann, Carnot, Clapeyron, Gibbs, Maxwell, besteak beste, zientzialari askok lagundu zuten zientzia honen garapenean, "Termodinamika".

Zer da termodinamika?

Termodinamika energia eraldaketak aztertzen dituen zientzia da. Hasieran beroa potentzia nola eraldatu zen aztertu zenetik, lurrun makinetan, grezierako "thermos" eta "dynamis" hitzak erabiltzen ziren zientzia berri honi izena emateko, "termodinamika" hitza osatuz. Ikus 1. irudia.

Termodinamika hitzaren jatorria
citeia.com (1. irudia)

Aplikazio Termodinamikoak

Termodinamikaren aplikazio eremua oso zabala da. Energiaren eraldaketa gizakiaren gorputzetik hainbat produktuetan gertatzen da, elikagaien digestioarekin batera, produktuak ekoizteko industria prozesu ugaritan. Etxeetan termodinamika burdinetan, ur berogailuetan, aire girotzaileetan, besteak beste, aplikatzen diren gailuak ere badaude. Termodinamikaren printzipioak askotariko esparruetan ere aplikatzen dira, hala nola zentral elektrikoetan, automobiletan eta suzirietan. Ikus 2. irudia.

Termodinamikaren zenbait erabilera
citeia.com (2. irudia)

Ren oinarriak Termodinamika

Energia (E)

Bere egoera edo egoera aldatuta eraldatu daitekeen edozein gorputz edo sistema material edo ez materialen jabetza. Gainera, materia mugitzeko ahalmena edo gaitasuna bezala definitzen da. 3. irudian energia iturri batzuk ikus ditzakezu.

Energia iturriak
citeia.com (3. irudia)

Energia formak

Energia era askotakoa da, hala nola energia eolikoa, elektrikoa, mekanikoa, nuklearra, besteak beste. Termodinamikaren ikerketan, gorputzen energia zinetikoa, energia potentziala eta barne energia erabiltzen dira. Energia zinetikoa (Ec) abiadurarekin, energia potentzialarekin (Ep) altuerarekin eta barne energiarekin (U) barne molekulen mugimenduarekin lotuta dago. Ikus 4. irudia.

Terminamikan energia zinetikoa, potentziala eta barnekoa.
citeia.com (4. irudia)

Beroa (Q):

Tenperatura desberdinetan dauden bi gorputzen arteko energia termikoa transferitzea. Beroa Joule, BTU, kiloko oinetan edo kalorietan neurtzen da.

Tenperatura (T):

Edozein objektu material osatzen duten atomoen edo molekulen energia zinetikoaren neurria da. Objektu baten barne molekulen, bere energia termikoaren, asaldura maila neurtzen du. Molekulen mugimendua zenbat eta handiagoa izan, orduan eta tenperatura altuagoa da. Celsius graduetan, Kelvin graduetan, Rankine graduetan edo Fahrenheit graduetan neurtzen da. 5. irudian tenperatura eskala batzuen arteko baliokidetasuna aurkezten da.

Zenbait konparazio eta tenperatura eskala.
citeia.com (5. irudia)

Printzipio Termodinamikoak

Termodinamikan energia eraldaketen azterketa lau legetan oinarritzen da. Lehen eta bigarren legeak energiaren kalitatearekin eta kantitatearekin lotuta daude; aldiz, hirugarren eta laugarren legeak propietate termodinamikoekin (tenperatura eta entropia) lotuta daude. Ikus 6. eta 7. irudiak.

Termodinamikan energiari lotutako legeak.
citeia.com (6. irudia)

Termodinamikaren lehen legea:

Lehen legeak energia kontserbatzeko printzipioa ezartzen du. Energia gorputz batetik bestera transferi daiteke edo beste energia modu batera aldatu, baina beti kontserbatzen da, beraz, energia kopuru osoa konstante izaten jarraitzen du.

Propietate termodinamikoekin lotutako legeak
citeia.com (7. irudia)

Patinaje arrapala energia kontserbatzeko legearen adibide ona da, non energia ez dela sortzen edo suntsitzen, baizik eta beste energia mota bat bihurtzen dela aurkitzen da. 8. irudiko patinatzaile batentzat, grabitazio indarrak soilik eragiten duenean, hau egin behar dugu:

  • 1. postua: Patinatzailea arrapalaren goialdean dagoenean, barneko energia eta energia potentziala ditu altuera dela eta, baina bere energia zinetikoa nulua da mugimenduan ez dagoenez (abiadura = 0 m / s).
  • 2. postua: Patinatzailea arrapalan behera irristatzen hasten denean, altuera gutxitu egiten da, barne energia eta energia potentziala gutxituz, baina bere energia zinetikoa handituz, abiadura handitzen den heinean. Energia energia zinetiko bihurtzen da. Patinatzailea arrapalaren puntu baxuenera iristen denean (2. posizioa), bere energia potentziala nulua da (altuera = 0m), arrapalan zeharreko bidaian abiadura handiena lortzen duen bitartean.
  • 3. postua: Arrapala gora egin ahala, patinatzaileak abiadura galtzen du, bere energia zinetikoa gutxituz, baina barne energia handitzen da, eta energia potentziala, altuera irabazi ahala.
Energiaren kontserbazioa termodinamikan.
citeia.com (8. irudia)

Termodinamikaren bigarren legea:

Bigarren legea energiaren "kalitatearekin" lotuta dago, energiaren bihurketa eta / edo transmisioa optimizatzean. Lege honek ezartzen du benetako prozesuetan energiaren kalitateak behera egin ohi duela. "Entropia" propietate termodinamikoaren definizioa sartzen da. Bigarren legearen adierazpenetan, prozesu bat noiz gerta daitekeen eta noiz ezartzen den ezartzen da, nahiz eta lehenengo legea betetzen jarraitu. Ikus 9. irudia.

Bero transferentziaren zentzua.
citeia.com (9. irudia)

Zero legea:

Zero legeak dio hirugarren batekin orekan dauden bi sistemak elkarren artean orekatuta daudela. Adibidez, 10. irudiari dagokionez, A C-rekin oreka termikoan badago eta C B-rekin oreka termikoan badago, orduan A B-rekin oreka termikoan dago.

Termodinamikaren zero legea
citeia.com (10. irudia)

T-ren beste kontzeptu batzukermodinamika

Sistema

Interes edo azterketa duen unibertsoaren zatia. 11. irudiko kafe katiluarentzat, "sistema" energia termikoaren transferentzia azter daitekeen katiluaren (kafea) edukia da. Ikus 12. irudia. [4]

Sistema termodinamikoaren sistema, muga eta ingurunea.
citeia.com (11. irudia)

Ingurumena

Aztertzen ari den sistematik kanpoko unibertsoaren gainerakoa da. 12. irudian, kafe katilua kafea (sistema) duen "ertzat" jotzen da eta katilutik kanpo dagoena (ertza) sistemaren "ingurunea" da.

Oreka termodinamikoa azaltzen duen sistema termodinamikoa.
citeia.com (12. irudia)

Oreka Termodinamikoa

Sistemaren propietateak ondo zehaztuta dauden eta denboran zehar aldatzen ez diren egoera. Sistema batek oreka termikoa, oreka mekanikoa eta oreka kimikoa aurkezten duenean, "oreka termodinamikoan" dago. Orekan, sistema batek ezin du bere egoera aldatu, kanpoko agente batek gainean jarduten ez badu. Ikus 13. irudia.

Oreka termodinamikoa
citeia.com (13. irudia)

horma

Sistemen arteko elkarrekintzak ahalbidetzen edo eragozten dituen entitatea. Hormak substantzia pasatzea ahalbidetzen badu, horma iragazkorra dela esaten da. Horma adiabatikoa bi sistemen arteko bero transferentzia onartzen ez duena da. Hormak energia termikoa transferitzea ahalbidetzen duenean horma diatermikoa deitzen zaio. Ikus 14. irudia.

Sistema termodinamikoaren horma
citeia.com (14 piku)

Ondorioak

Energia materia mugitzeko gaitasuna da. Hori bere egoera edo egoera aldatuta eraldatu daiteke.

Termodinamika prozesuetan energiaren trukeak eta eraldaketak aztertzen dituen zientzia da. Termodinamikan energia eraldaketen azterketa lau legetan oinarritzen da. Lehenengo eta bigarren legeak energiaren kalitatearekin eta kantitatearekin lotuta daude; aldiz, hirugarren eta laugarren legeak propietate termodinamikoekin (tenperatura eta entropia) lotuta daude.

Tenperatura gorputza osatzen duten molekulen asaldura mailaren neurria da, beroa, berriz, tenperatura desberdinetan dauden bi gorputzen arteko energia termikoaren transferentzia da.

Oreka termodinamikoa existitzen da sistema aldi berean oreka termikoan, oreka mekanikoan eta oreka kimikoan dagoenean.

Eskerrik asko oharra: Artikulu hau garatzeko, aholkuak jasotzeko ohorea izan dugu Marisol Pino ing., Instrumentazio eta Kontrol Industrialeko espezialista.