Thermodynamika, wat it is en har tapassingen
Thermodynamika is in wittenskip basearre op 'e stúdzje fan enerzjy. Thermodynamyske prosessen komme deistich foar yn it deistich libben, yn huzen, yn 'e yndustry, mei de transformaasje fan enerzjy, lykas yn airconditioningapparatuer, koelkasten, auto's, tsjettels, ûnder oaren. Dêrfandinne it belang fan 'e stúdzje fan Thermodynamika, basearre op fjouwer basiswetten dy't de relaasjes fêststelle tusken de kwaliteit en kwantiteit fan enerzjy, en de thermodynamyske eigenskippen.
Om de wetten fan thermodynamika te begripen, moat men op in maklike manier útgean fan guon basisbegripen dy't hjirûnder wurde bleatsteld, lykas enerzjy, waarmte, temperatuer, ûnder oaren.
Wy noegje jo út om it artikel te sjen De krêft fan 'e wet fan Watt (tapassingen - oefeningen)
Thermodynamika
In bytsje skiednis:
Thermodynamika bestudearret de útwikselingen en transformaasjes fan enerzjy yn prosessen. Al yn 'e 1600's begon Galileo stúdzjes út te fieren yn dit gebiet, mei de útfining fan' e glêzen thermometer, en de relaasje fan 'e tichtens fan in floeistof en har temperatuer.
Mei de yndustriële revolúsje wurde ûndersiken útfierd om de relaasjes te kennen tusken waarmte, wurk en de enerzjy fan brânstoffen, en ek om de prestaasjes fan stoommasines te ferbetterjen, opkommende thermodynamika as stúdzjewittenskip, te begjinnen yn 1697 mei de stoommasine fan Thomas Savery , De earste en twadde wetten fan 'e thermodynamika waarden fêstlein yn 1850. In protte wittenskippers lykas ûnder oaren Joule, Kelvin, Clausius, Boltzmann, Carnot, Clapeyron, Gibbs, Maxwell droegen by oan' e ûntwikkeling fan dizze wittenskip, "Thermodynamika."
Wat is thermodynamika?
Thermodynamika is in wittenskip dy't enerzjytransformaasjes bestudeart. Sûnt earst waard ûndersocht hoe waarmte yn macht te transformearjen waarden yn stoommasines de Grykske wurden "thermos" en "dynamis" brûkt om dizze nije wittenskip te beneamen, en foarmen it wurd "thermodynamika". Sjoch figuer 1.
Thermodynamyske tapassingen
It tapassingsgebiet fan thermodynamika is heul breed. De transformaasje fan enerzjy komt foar yn meardere prosessen fan it minsklik lichem, mei de spiisfertarring fan iten, nei tal fan yndustriële prosessen foar de produksje fan produkten. Yn huzen binne d'r ek apparaten wêrby't thermodynamika tapast wurdt op izers, wetterferwarmers, airconditioners, ûnder oaren. De prinsipes fan thermodynamika wurde ek tapast yn in grut ferskaat oan fjilden, lykas yn sintrales, auto's en raketten. Sjoch figuer 2.
Basics fan Thermodynamika
Enerzjy (E)
Eigendom fan elk materiaal as net-materiaal lichem as systeem dat kin wurde transformeare troch de situaasje as steat te feroarjen. It wurdt ek definieare as it potensjeel of it fermogen om saak te ferpleatsen. Yn figuer 3 kinne jo wat enerzjyboarnen sjen.
Foarmen fan enerzjy
Enerzjy komt yn in protte foarmen, lykas ûnder oaren wyn, elektryske, meganyske, kearnenerzjy. Yn 'e stúdzje fan thermodynamika wurde kinetyske enerzjy, potensjele enerzjy en ynterne enerzjy fan lichems brûkt. De kinetyske enerzjy (Ec) is besibbe oan 'e snelheid, de potensjele enerzjy (Ep) mei de hichte en de ynterne enerzjy (U) mei de beweging fan' e ynterne molekulen. Sjoch figuer 4.
Waarmte (Q):
Oerdracht fan termyske enerzjy tusken twa lichems dy't op ferskillende temperatueren binne. Waarmte wurdt metten yn Joule, BTU, pûn-fuotten, as yn kaloryen.
Temperatuer (T):
It is in mjitte fan 'e kinetyske enerzjy fan' e atomen of molekulen dy't elk materieel objekt foarmje. It mjit de mjitte fan agitaasje fan 'e ynterne molekulen fan in objekt, fan syn thermyske enerzjy. Hoe grutter de beweging fan 'e molekulen, hoe heger de temperatuer. It wurdt metten yn graden Celsius, graden Kelvin, graden Rankine, as graden Fahrenheit. Yn figuer 5 wurdt de lykweardigens tusken guon temperatuerskalen presintearre.
Thermodynamyske prinsipes
De stúdzje fan enerzjytransformaasjes yn thermodynamika is basearre op fjouwer wetten. De earste en twadde wetten binne relatearre oan 'e kwaliteit en kwantiteit fan enerzjy; wylst de tredde en fjirde wetten binne relatearre oan thermodynamyske eigenskippen (temperatuer en entropy). Sjoch figueren 6 en 7.
Earste wet fan termodynamika:
De earste wet befettet it prinsipe fan behâld fan enerzjy. Enerzjy kin wurde oerbrocht fan it iene lichem nei it oare, of feroare yn in oare foarm fan enerzjy, mar it wurdt altyd konserveare, sadat de totale hoemannichte enerzjy altyd konstant bliuwt.
In reedriderij is in goed foarbyld fan 'e wet fan behâld fan enerzjy, wêr't it fûn wurdt dat enerzjy net wurdt oanmakke of ferneatige, mar wurdt omfoarme ta in oar soart enerzjy. Foar in reedrider lykas dy yn figuer 8, as allinich de swiertekrêft ynfloed hat, moatte wy:
- Posysje 1: As de reedrider boppe op 'e oprit is, hat hy ynterne enerzjy en potinsjele enerzjy fanwege de hichte wêrop hy is, mar syn kinetyske enerzjy is nul, om't hy net yn beweging is (snelheid = 0 m / s).
- Posysje 2: As de reedrider de helling begjint te gliden, nimt de hichte ôf, nimt de ynterne enerzjy en de potensjele enerzjy ôf, mar fergruttet syn kinetyske enerzjy, om't syn snelheid tanimt. De enerzjy wurdt omfoarme ta kinetyske enerzjy. As de reedrider it leechste punt fan 'e oprit berikt (posysje 2), is syn potensjele enerzjy nul (hichte = 0m), wylst hy de heechste snelheid krijt yn syn reis de oprit ôf.
- Posysje 3: As de oprit omheech giet, ferliest de reedrider snelheid, nimt syn kinetyske enerzjy ôf, mar de ynterne enerzjy nimt ta, en de potensjele enerzjy, as hy hichte wint.
Twadde wet fan thermodynamika:
De twadde wet is relatearre oan 'e "kwaliteit" fan enerzjy, yn' e optimisaasje fan 'e konverzje en / as oerdracht fan enerzjy. Dizze wet bepaalt dat yn echte prosessen de kwaliteit fan enerzjy de neiging hat om ôf te nimmen. De definysje fan 'e thermodynamyske eigenskip "entropy" wurdt yntrodusearre. Yn 'e ferklearrings fan' e twadde wet wurdt it fêststeld wannear't in proses kin foarkomme en wannear't it net kin, sels as de earste wet bliuwt folge. Sjoch figuer 9.
Nul wet:
De nulwet stelt dat as twa systemen yn lykwicht mei in tredde binne se yn lykwicht mei elkoar. Bygelyks foar figuer 10, as A yn thermysk lykwicht is mei C, en C yn thermysk lykwicht is mei B, dan is A yn thermysk lykwicht mei B.
Oare konsepten fan 'e Termodynamika
System
Diel fan it universum dat fan belang is as stúdzje. Foar it bakje kofje yn figuer 11 is it "systeem" de ynhâld fan 'e beker (kofje) wêr't de oerdracht fan termyske enerzjy kin wurde studearre. Sjoch figuer 12. [4]
Miljeu
It is de rest fan it universum bûten it systeem dat wurdt ûndersocht. Yn figuer 12 wurdt de kofjekop beskôge as de "grins" dy't de kofje (systeem) befettet en wat bûten de kop (râne) is de "omjouwing" fan it systeem.
Thermodynamysk lykwicht
Steat wêryn de eigenskippen fan it systeem goed definieare binne en net oer de tiid ferskille. As in systeem termysk lykwicht, meganysk lykwicht en gemysk lykwicht presinteart, is it yn "thermodynamysk lykwicht". Yn lykwicht kin in systeem syn steat net oanpasse, útsein as in eksterne agent dêrop hannelt. Sjoch figuer 13.
Wall
Entiteit dy't ynteraksjes tusken systemen tastiet of foarkomt. As de muorre de trochgong fan stof tastiet, wurdt sein dat it in permeabele muorre is. In adiabatyske muorre is ien dy't waarmteferfier tusken twa systemen net tastiet. As de muorre oerdracht fan termyske enerzjy mooglik makket, wurdt it in diatermyske muorre neamd. Sjoch figuer 14.
FOLKUSJE
Enerzjy is it fermogen om saak te ferpleatsen. Dit kin wurde transformeare troch de situaasje as steat te feroarjen.
Thermodynamika is in wittenskip dy't de útwikselingen en transformaasjes fan enerzjy yn prosessen bestudeart. De stúdzje fan enerzjytransformaasjes yn thermodynamika is basearre op fjouwer wetten. De earste en twadde wetten binne relatearre oan 'e kwaliteit en kwantiteit fan enerzjy; wylst de tredde en fjirde wetten binne relatearre oan thermodynamyske eigenskippen (temperatuer en entropy).
Temperatuer is in mjitte fan 'e mjitte fan' e agitaasje fan 'e molekulen dy't in lichem útmeitsje, wylst waarmte de oerdracht is fan termyske enerzjy tusken twa lichems dy't op ferskillende temperatueren binne.
Thermodynamysk lykwicht bestiet as it systeem tagelyk yn termysk lykwicht, meganysk lykwicht en gemysk lykwicht is.
Betanknota: Foar de ûntwikkeling fan dit artikel hawwe wy de eare hân it advys te hawwen fan 'e Ing. Marisol Pino, spesjalist yn yndustriële ynstrumintaasje en kontrôle.