Printzipio Termodinamikoak
Termodinamikaren mundu zabal eta konplexua modu errazean ulertzeko, pausoz pauso joatea gomendatzen da oinarrizko terminoen berrikuspenarekin, printzipio termodinamikoekin sarrera eginez eta, ondoren, lege termodinamikoak sakonago aztertuz. matematikoki adierazten dira.eta bere aplikazioak.
Termodinamikaren lau legeekin (zero legea, lehen legea, bigarren legea eta hirugarren legea), sistema desberdinen arteko energiaren transferentziek eta eraldaketek nola funtzionatzen duten deskribatzen da; naturako fenomeno fisikokimiko asko ulertzeko oinarria izanik.
Oinarrizko kontzeptuak berrikustea
Artikulua ikustera gonbidatzen zaitugu TERMODINAMIKA, zer den eta bere aplikazioak
Informazio hau artikuluarekin osa dezakezu Watt-en legearen indarra (Aplikazioak - Ariketak) Oraingoz JARRAITZEN DUGU ...
Energia formak
Energia, egoera edo egoera aldatuz gorputzek beren burua eraldatzeko duten propietatea, era askotakoa da, adibidez energia zinetikoa, energia potentziala eta gorputzen barne energia. Ikus 1. irudia.
Lan egin
Indar eta desplazamendu baten produktua da, biak norabide berean neurtuta. Lana kalkulatzeko, objektuaren desplazamenduarekin paralelo dagoen indarraren osagaia erabiltzen da. Lana Nm, Joule (J), ft.lb-f edo BTU-tan neurtzen da. Ikus 2. irudia.
Beroa (Q)
Tenperatura desberdinetan dauden bi gorputzen arteko energia termikoa transferitzea, eta tenperatura jaisten den zentzuan bakarrik gertatzen da. Beroa Joule, BTU, kiloko oinetan edo kalorietan neurtzen da. Ikus 3. irudia.
Printzipio Termodinamikoak
Zero Law - Zero Printzipioa
Termodinamikaren zero legeak dio bi objektu, A eta B, elkarren artean oreka termikoan baldin badaude, eta A objektua hirugarren C objektuarekin orekan badago, orduan B objektua C objektuarekin oreka termikoan dago. bi gorputz edo gehiago tenperatura berean daudenean. Ikus 4. irudia.
Lege hau termodinamikaren oinarrizko legetzat hartzen da. 1935ean "Zero legea" bezala postulatu zen, termodinamikaren lehenengo eta bigarren legeak egin ondoren postulatu baitzen.
Termodinamikaren 1. Legea (Energia kontserbatzeko printzipioa)
Termodinamikaren Lehen Legearen adierazpena:
Termodinamikaren lehen legeak, energiaren kontserbazioaren printzipio izenarekin ere ezagutzen dena, dio energia ez dela sortzen edo suntsitzen, beste energia mota batean soilik eraldatzen dela edo objektu batetik bestera transferitzen dela. Horrela, unibertsoan dagoen energia kopurua ez da aldatzen.
Lehen legea "denetan" betetzen da, energia transferitu eta etengabe eraldatzen da, adibidez, gailu elektriko batzuetan, hala nola nahastaileak eta irabiagailuak, energia elektrikoa energia mekaniko eta termiko bihurtzen da, giza gorputzean kimikoa eraldatzen dute gorputza mugimenduan dagoenean energia zinetikoan sartutako elikagaien energia, edo 5. irudian agertzen diren beste adibide batzuk.
Termodinamikaren lehen legearen ekuazioa:
Printzipio termodinamikoen barruan lehenengo legearen ekuazioak prozesu jakin bateko energia moten artean egon behar duen oreka adierazten du. Sistema itxietan [1], energia trukeak beroaren transferentziaren bidez soilik eman daitezkeenez edo egindako lanaren bidez (sistemaren bidez edo sisteman) sistema baten energia aldakuntza berdina dela adierazten da. energia transferentzia beroaren bidez eta lanaren bidez. Ikus 6. irudia.
Balantze energetiko honetan kontuan hartzen diren energiak energia zinetikoa, energia potentziala eta barne energia [1] direla kontuan hartuta, sistema itxien energia balantzea 7. irudian agertzen den moduan geratzen da.
- (ec) Energia zinetikoa, gorputz baten mugimenduagatik;
- (ep) Energia Potentziala, gorputz batek grabitazio eremuan duen posizioagatik;
- (OR) Barne energia, gorputz baten barne molekulen energia zinetikoa eta potentzialaren ekarpen mikroskopikoak direla eta.
1. ariketa
Ontzi itxi batek substantzia bat dauka, hasierako energia 10 kJ-koa. Substantzia 500 J-ko lana egiten duen helize batekin nahasten da, eta bero iturri batek 20 kJ bero transferitzen dio substantziari. Gainera, 3kJ bero askatzen da airera prozesuan zehar. Determinatu substantziaren azken energia. Ikus 8. irudia.
Irtenbidea:
9. irudian bero iturriak gehitutako beroa ikus daiteke, "positibotzat" jotzen baita, substantziaren energia handitzen baitu, airera isurtzen den beroa, negatiboa substantziaren energia gutxitzen du eta helizearen lanak, energia handitu zuenak, seinale positiboa izan zuen.
10. irudian energia-balantzea aurkezten da, termodinamikaren lehenengo legearen arabera eta substantziaren azken energia lortzen da.
Termodinamikaren bigarren legea
Termodinamikaren bigarren legearen hainbat adierazpen daude: Planck-Kelvin, Clausius, Carnot-en adierazpena. Horietako bakoitzak bigarren legearen alderdi desberdin bat erakusten du. Orokorrean termodinamikaren bigarren legea postulatzen da:
- Prozesu termodinamikoen norabidea, fenomeno fisikoen atzeraezintasuna.
- Makina termikoen eraginkortasuna.
- Idatzi jabetza "entropia".
Prozesu termodinamikoen norabidea:
Naturan berez, energia-fluxua edo energia-egoera gorenetik energia-egoera txikienera transferitzen da. Beroa gorputz beroetatik gorputz hotzetara igarotzen da eta ez alderantziz. Ikus 11. irudia.
Eraginkortasuna edo errendimendu termikoa:
Termodinamikaren lehen legearen arabera, energia ez da sortzen ezta suntsitzen ere, baina eraldatu edo transferitu egin daiteke. Baina energia transferentzia edo transformazio guztietan kopuru bat ez da baliagarria lana egiteko. Energia transferitu edo eraldatu ahala, hasierako energiaren zati bat energia termiko gisa askatzen da: energia degradatu egiten da, kalitatea galtzen du.
Energiaren edozein eraldaketan, lortutako energia kopurua beti emandako energia baino txikiagoa da. Eraginkortasun termikoa lana bihurtzen den iturriaren bero kopurua da, lortutako energia erabilgarriaren eta transformazio batean hornitutako energiaren arteko erlazioa. Ikus 12. irudia.
Makina Termikoa edo Bero Makina:
Makina termikoa beroa partzialki edo energia mekaniko bihurtzen duen gailua da eta horretarako tenperatura altuan beroa hornitzen duen iturria behar du.
Makina termikoetan ur lurruna, airea edo erregaia bezalako substantzia erabiltzen da. Substantziak hainbat transformazio termodinamiko jasaten ditu modu ziklikoan, makinak etengabe funtziona dezan.
2. ariketa
Zama-ibilgailu baten motorrak beroa errekuntzan sortzen du gasolina erretzean. Motorraren ziklo bakoitzerako 5 kJ-ko beroa lan mekanikoko 1kJ bihurtzen da. Zein da motorearen eraginkortasuna? Zenbat bero askatzen da motorraren ziklo bakoitzeko? Ikus 13. irudia
Irtenbidea:
Askatutako beroa zehazteko, suposatzen da makina termikoetan lan garbia sistemara beroaren transferentzia garbiaren berdina dela. Ikus 14. irudia.
Entropia:
Entropia sistema baten ausazko edo desoreka maila da. Entropiak lana ekoizteko erabili ezin den energiaren zatia kuantifikatzea ahalbidetzen du, hau da, prozesu termodinamikoaren atzeraezintasuna kuantifikatzea ahalbidetzen du.
Gertatzen den energia transferentzia bakoitzak unibertsoaren entropia handitzen du eta lana egiteko dagoen energia erabilgarria murrizten du. Edozein prozesu termodinamiko unibertsoaren entropia osoa handitzen duen norabidean aurrera egingo du. Ikus 15. irudia.
Termodinamikaren 3. Legea
Termodinamikaren hirugarren legea edo Nerst Postulatua
Termodinamikaren hirugarren legea tenperaturarekin eta hozketarekin lotuta dago. Zero absolutuan sistema baten entropia konstante zehatza dela dio. Ikus 16. irudia.
Zero absolutua jada neurri baxuagorik ez dagoen tenperatura baxuena da, gorputz batek izan dezakeen hotzena da. Zero absolutua 0 K da, -273,15 ºC baliokidea.
Ondorioa
Lau termodinamika daude. Zero printzipioan ezartzen da oreka termikoa bi gorputz edo gehiago tenperatura berean daudenean gertatzen dela.
Termodinamikaren lehen legea prozesuen arteko energiaren kontserbazioaz dihardu, eta termodinamikaren bigarren legeak entropia txikienetik handienera arteko noranzkotasuna eta beroa lan bihurtzen duten motor termikoen eraginkortasuna edo errendimendua lantzen ditu.
Termodinamikaren hirugarren legea tenperatura eta hozketarekin lotuta dago, sistema absolutuaren zero entropian konstante zehatza dela dio.