technológia

Termodinamikai alapelvek

A termodinamika széles és összetett világának egyszerű megértéséhez ajánlott lépésről lépésre haladni, kezdve az alapfogalmak áttekintésével, a termodinamikai alapelvek bemutatásával, majd alaposabban tanulmányozva a termodinamikai törvényeket, hogyan matematikailag vannak kifejezve.és alkalmazásai.

A termodinamika négy törvényével (nulla törvény, első törvény, második törvény és harmadik törvény) leírják, hogyan működnek az energia transzferjei és átalakításai a különböző rendszerek között; a természet számos fizikai-kémiai jelenségének megértésének alapja.

Az alapfogalmak áttekintése

Meghívjuk a cikk megtekintésére TERMODINAMIKA, mi ez és milyen alkalmazások

Termodinamika könnyű cikkborító
citaia.com

Ezt az információt kiegészítheti a cikkel A Watt-törvény ereje (alkalmazások - gyakorlatok) Egyelőre KÖVETJÜK ...

Az energia formái

Az energia, a testek azon tulajdonsága, hogy helyzetük vagy állapotuk megváltoztatásával önmagukat alakítsák át, sokféle formában fordul elő, például kinetikus energia, potenciális energia és a testek belső energiája. Lásd az 1. ábrát.

A termodinamika törvényeiben bemutatott egyes energiaformák.
citaia.com

Munka

Ez egy erő és elmozdulás szorzata, mindkettő ugyanabban az irányban mérve. A munka kiszámításához az erő azon elemét használják, amely párhuzamos az objektum elmozdulásával. A munkát Nm-ben, Joule-ban (J), ft.lb-f vagy BTU-ban mérjük. Lásd a 2. ábrát.

Mechanikai munka, egy olyan elem, amelyet megtalálhatunk a termodinamika alapelveiben.
citaia.com

Hő (Q)

A hőenergia átadása két test között, amelyek különböző hőmérsékleten vannak, és ez csak abban az értelemben fordul elő, hogy a hőmérséklet csökken. A hőt Joule-ban, BTU-ban, font-lábban vagy kalóriában mérik. Lásd a 3. ábrát.

hőség
3. ábra Hő (https://citeia.com)

Termodinamikai alapelvek

Nulla törvény - nulla alapelv

A termodinamika nulla törvénye kimondja, hogy ha két objektum, A és B, hőegyensúlyban van egymással, és az A objektum egyensúlyban van egy harmadik C objektummal, akkor a B objektum hőegyensúlyban van a C objektummal. A termikus egyensúly bekövetkezik amikor két vagy több test azonos hőmérsékleten van. Lásd a 4. ábrát.

Példa a termodinamika nulltörvényére.
citaia.com

Ezt a törvényt a termodinamika alaptörvényének tekintik. 1935-ben "Zero Law" néven posztulálták, mivel azt a termodinamika első és második törvényének megalkotása után posztulálták.

A termodinamika 1. törvénye (az energia megőrzésének elve)

A termodinamika első törvényének megállapítása:

A termodinamika első törvénye, más néven az energia megőrzésének elve kimondja, hogy az energia nem jön létre vagy semmisül meg, csak átalakul egy másik típusú energiává, vagy egyik tárgyról a másikra kerül. Így a világegyetem teljes energiamennyisége nem változik.

Az első törvény „mindenben” teljesül, az energia folyamatosan továbbadódik és átalakul, például egyes elektromos készülékekben, például keverőkben és turmixgépekben, az elektromos energia átalakul mechanikus és hőenergiává, az emberi testben pedig átalakul a kémiai anyag az étel energiája, amelyet mozgási energiává emésztenek be, amikor a test mozgásban van, vagy más példák, például az 5. ábra.

Példák az energiaátalakulásokra a termodinamika törvényein belül.
citaia.com

A termodinamika első törvényének egyenlete:

Az első törvény egyenlete a termodinamikai elveken belül kifejezi azt az egyensúlyt, amelynek az adott folyamatban a különböző típusú energiák között fenn kell állnia. Mivel zárt rendszerekben [1] az energiacseréket csak hőátadással, vagy a rendszer által vagy a rendszeren végzett munkával lehet megadni, megállapítást nyer, hogy egy rendszer energiaváltozása megegyezik a energiaátadás hővel és munkával. Lásd a 6. ábrát.

A zárt rendszerek energia-egyensúlya termodinamikai elvekkel magyarázva.
citaia.com

Figyelembe véve, hogy az ebben az energiamérlegben figyelembe vett energiák kinetikus energia, potenciális energia és belső energia [1], a zárt rendszerek energia-egyensúlya a 7. ábrán látható marad.

  • (ec) Kinetikus energia , egy test mozgása miatt;
  • (ep) Helyzeti energia, a test gravitációs mezőben való helyzete miatt;
  • (VAGY) Belső energia , a test belső molekuláinak kinetikus és potenciális energiájának mikroszkópos hozzájárulása miatt.
Energiamérleg zárt rendszerekhez
7. ábra: Energiamérleg zárt rendszerekben (https://citeia.com)

1. gyakorlat.

A lezárt edény 10 kJ kezdeti energiájú anyagot tartalmaz. Az anyagot 500 J munkát végző légcsavarral keverik, míg egy hőforrás 20 kJ hőt visz át az anyagra. Ezenkívül a folyamat során 3kJ hő szabadul fel a levegőbe. Határozza meg az anyag végső energiáját. Lásd a 8. ábrát.

Termodinamikai gyakorlat kimutatás
8. ábra Az 1. gyakorlat kimutatása (https://citeia.com)
Megoldás:

A 9. ábrán látható a hőforrás által adott hő, amely "pozitívnak" tekinthető, mivel növeli az anyag energiáját, a levegőbe kibocsátott hő negatív, mivel csökkenti az anyag energiáját, és a a propeller munkája, amely növelte az energiát, pozitív jelet vett.

Megközelítés - a termodinamikai törvények gyakorlása
citaia.com

A 10. ábrán bemutatjuk az energiamérleget, a termodinamika első törvényének megfelelően, és megkapjuk az anyag végső energiáját.

Megoldás - Termodinamikai gyakorlat
citaia.com

A termodinamika második törvénye

A termodinamika második törvényének több állítása van: Planck-Kelvin, Clausius, Carnot állítása. Mindegyikük a második törvény különböző aspektusait mutatja. A termodinamika második törvénye általában ezt feltételezi:

  • A termodinamikai folyamatok iránya, a fizikai jelenségek visszafordíthatatlansága.
  • A hőgépek hatékonysága.
  • Adja meg az "entrópia" tulajdonságot.

A termodinamikai folyamatok iránya:

A természetben spontán módon az energia a legmagasabb energiaállapotból a legalacsonyabb energiaállapotba áramlik vagy kerül át. A hő forró testekből hideg testekbe áramlik, és nem fordítva. Lásd a 11. ábrát.

Irreverzibilis folyamatok a termodinamikai törvényekben és elvekben.
11. ábra Irreverzibilis folyamatok (https://citeia.com)

Hatásfok vagy hőteljesítmény:

A termodinamika első törvénye szerint az energia nem jön létre és nem semmisül meg, de átalakítható vagy átvihető. De minden energiaátadás vagy átalakítás során egy bizonyos mennyiség nem hasznos munkát végezni. Az energia átadásával vagy átalakításával a kezdeti energia egy része hőenergiaként felszabadul: az energia leromlik, elveszíti a minőségét.

Bármely energiaátalakítás során a kapott energia mennyisége mindig kisebb, mint a szolgáltatott energia. A hőhatékonyság a forrásból származó, munkává átalakuló hőmennyiség, a hasznos energia és az átalakítás során szolgáltatott energia aránya. Lásd a 12. ábrát.

A transzformáció során kapott hasznos energia és a szolgáltatott energia kapcsolata
citaia.com

Hőgép vagy hőgép:

A hőgép olyan eszköz, amely a hőt részben munkává vagy mechanikus energiává alakítja át, ehhez magas hőmérsékleten hőt szolgáltató forrás szükséges.

A hőgépekben olyan anyagokat használnak, mint a vízgőz, a levegő vagy az üzemanyag. Az anyag ciklikus módon termodinamikai átalakulásokon megy keresztül, hogy a gép folyamatosan működhessen.

2. gyakorlat.

Teherszállító jármű motorja égés közben hőt termel benzin elégetésével. A motor minden ciklusára az 5 kJ hőt 1kJ mechanikai munkává alakítják át. Mi a motor hatékonysága? Mennyi hő szabadul fel a motor egyes ciklusaihoz? Lásd a 13. ábrát

Termodinamikai gyakorlat
13. ábra 2. gyakorlat (https://citeia.com)
Megoldás:
Hatékonyság kiszámítása
13. ábra: Hatékonyságszámítás - 2. gyakorlat (https://citeia.com)

A felszabaduló hő meghatározásához azt feltételezzük, hogy a hőgépekben a nettó munka megegyezik a rendszerbe történő nettó hőátadással. Lásd a 14. ábrát.

A hulladékhő kiszámítása
14. ábra A hulladékhő kiszámítása - 2. gyakorlat (https://citeia.com)

Entrópia:

Az entrópia a rendszer véletlenszerűségének vagy rendellenességének mértéke. Az entrópia lehetővé teszi az energia azon részének számszerűsítését, amely nem használható fel munka előállítására, vagyis lehetővé teszi a termodinamikai folyamat visszafordíthatatlanságának számszerűsítését.

Minden bekövetkező energiaátadás növeli az univerzum entrópiáját és csökkenti a munka elvégzéséhez rendelkezésre álló felhasználható energia mennyiségét. Bármely termodinamikai folyamat olyan irányban halad, amely növeli az univerzum teljes entrópiáját. Lásd a 15. ábrát.

Entrópia
15. ábra Entrópia (https://citeia.com)

A termodinamika 3. törvénye

A termodinamika harmadik törvénye vagy a Nerst-posztulátum

A termodinamika harmadik törvénye a hőmérséklethez és a hűtéshez kapcsolódik. Megállapítja, hogy egy rendszer entrópiája abszolút nulla esetén határozott állandó. Lásd a 16. ábrát.

Az abszolút nulla az a legalacsonyabb hőmérséklet, amely alatt már nincs alacsonyabb mérték, ez a leghidegebb, ha egy test lehet. Az abszolút nulla 0 K, ami egyenértékű -273,15 ºC-mal.

A termodinamika harmadik törvénye
16. ábra: A termodinamika harmadik törvénye (https://citeia.com)

Következtetés

Négy termodinamikai elv létezik. A nulla elvben megállapítást nyert, hogy a hőegyensúly akkor következik be, ha két vagy több test azonos hőmérsékleten van.

A termodinamika első törvénye a folyamatok közötti energia megőrzésével foglalkozik, míg a második a termodinamika törvénye a legalacsonyabbtól a legmagasabb entrópiáig, valamint a hőt munkává alakító hőmotorok hatékonyságával vagy teljesítményével foglalkozik.

A termodinamika harmadik törvénye a hőmérséklethez és a hűtéshez kapcsolódik, kimondja, hogy az abszolút nulla rendszer entrópiája határozott állandó.

Hagy egy választ

E-mail címed nem kerül nyilvánosságra. Kötelező mezők vannak jelölve *

Ez az oldal Akismet-et használ a levélszemét csökkentése érdekében. Tudja meg, hogyan dolgozik a megjegyzés adatainak feldolgozása.