A termodinamika az energia tanulmányozásán alapuló tudomány. A termodinamikai folyamatok a mindennapi életben, az otthonokban, az iparban naponta fordulnak elő, az energia átalakulásával, például többek között légkondicionáló berendezésekben, hűtőszekrényekben, autókban, kazánokban. Ezért fontos a termodinamika tanulmányozása, amely négy alapvető törvényen alapul, amelyek megállapítják az energia minősége és mennyisége, valamint a termodinamikai tulajdonságok közötti kapcsolatot.
A termodinamika törvényeinek egyszerű megértése érdekében néhány alapfogalomból kell kiindulni, amelyek többek között alább vannak kitéve: energia, hő, hőmérséklet.
Meghívjuk a cikk megtekintésére A Watt-törvény ereje (alkalmazások - gyakorlatok)
Termodinamika
Egy kis történelem:
A termodinamika az energia cseréjét és átalakulását vizsgálja a folyamatokban. Már az 1600-as években a Galileo elkezdett ezen a területen tanulmányokat végezni, az üveghőmérő feltalálásával, valamint a folyadék sűrűségének és hőmérsékletének kapcsolatával.
Az ipari forradalommal tanulmányok folynak a hő, a munka és az üzemanyagok energiája közötti kapcsolatok megismerésére, valamint a gőzgépek teljesítményének javítására, a kialakuló termodinamika mint tanulmánytudomány, 1697-től a Thomas Savery gőzgépével. A termodinamika első és második törvényét 1850-ben hozták létre. Számos tudós, mint Joule, Kelvin, Clausius, Boltzmann, Carnot, Clapeyron, Gibbs, Maxwell, többek között hozzájárult e tudomány, a "termodinamika" fejlődéséhez.
Mi a termodinamika?
A termodinamika olyan tudomány, amely az energiaátalakulásokat tanulmányozza. Mivel kezdetben azt tanulmányozták, hogyan lehet a hőenergiát átalakítani a gőzgépekben, a görög "termosz" és "dynamis" szavakat használták ennek az új tudománynak a megnevezésére, a "termodinamika" szó kialakításával. Lásd az 1. ábrát.
Termodinamikai alkalmazások
A termodinamika alkalmazási területe nagyon széles. Az energia átalakulása az emberi testből, az élelmiszerek emésztésével, számos folyamatban történik a termékek előállítása érdekében. Az otthonokban vannak olyan készülékek is, ahol a termodinamikát többek között vasalókra, vízmelegítőkre, légkondicionálókra alkalmazzák. A termodinamika alapelveit számos területen alkalmazzák, például erőművekben, gépjárművekben és rakétákban. Lásd a 2. ábrát.
Alapjai Termodinamika
Energia (E)
Bármely anyagi vagy nem anyagi test vagy rendszer tulajdonsága, amely átalakítható helyzetének vagy állapotának módosításával. Az anyag mozgatásának lehetőségeként vagy képességeként is meghatározzák. A 3. ábrán néhány energiaforrás látható.
Az energia formái
Az energia sokféle formában létezik, mint például a szél, az elektromos, a mechanikai, az atomenergia. A termodinamika tanulmányozása során kinetikus energiát, potenciális energiát és a testek belső energiáját használják fel. A kinetikus energia (Ec) összefügg a sebességgel, a potenciális energiával (Ep) a magassággal és a belső energiával (U) a belső molekulák mozgásával. Lásd a 4. ábrát.
Hő (Q):
A hőenergia átadása két, különböző hőmérsékletű test között. A hőt Joule-ban, BTU-ban, font-lábban vagy kalóriában mérik.
Hőmérséklet (T):
Ez bármely anyagi tárgyat alkotó atomok vagy molekulák kinetikus energiájának mérőszáma. Méri az objektum belső molekuláinak, hőenergiájának keverési fokát. Minél nagyobb a molekulák mozgása, annál magasabb a hőmérséklet. Ezt Celsius, Kelvin, Rankine vagy Fahrenheit fokokban mérik. Az 5. ábrán néhány hőmérsékleti skála egyenértékűségét mutatjuk be.
Termodinamikai alapelvek
Az energia-átalakulások vizsgálata a termodinamikában négy törvényen alapszik. Az első és a második törvény az energia minőségével és mennyiségével kapcsolatos; míg a harmadik és negyedik törvény a termodinamikai tulajdonságokkal (hőmérséklet és entrópia) függ össze. Lásd a 6. és 7. ábrát.
A termodinamika első törvénye:
Az első törvény meghatározza az energia megőrzésének elvét. Az energia átvihető egyik testből a másikba, vagy megváltoztatható egy másik energiaformára, de mindig konzerválódik, így a teljes energiamennyiség mindig állandó marad.
A korcsolya rámpa jó példa az energiatakarékosság törvényére, ahol kiderül, hogy az energia nem keletkezik vagy semmisül meg, hanem átalakul egy másik típusú energiává. A 8. ábrán látható korcsolyázó számára, amikor csak a gravitációs erő befolyásolja, meg kell tennünk:
- 1. pozíció: Amikor a korcsolyázó a rámpa tetején van, belső energiája és potenciális energiája van a magasság miatt, de mozgási energiája nulla, mivel nincs mozgásban (sebesség = 0 m / s).
- 2. pozíció: Amint a korcsolyázó lecsúszni kezd a rámpán, a magasság csökken, csökkenti a belső energiát és a potenciális energiát, de növeli mozgási energiáját, mivel a sebessége nő. Az energia átalakul kinetikus energiává. Amikor a korcsolyázó eléri a rámpa legalacsonyabb pontját (2. helyzet), potenciális energiája nulla (magasság = 0 m), míg a rámpán lefelé haladva a legnagyobb sebességet szerzi meg.
- 3. pozíció: Amint a rámpa felfelé halad, a korcsolyázó elveszíti a sebességét, csökkentve mozgási energiáját, de a belső energia nő, és a potenciális energia is növekszik.
A termodinamika második törvénye:
A második törvény az energia átalakításának és / vagy továbbításának optimalizálásához kapcsolódik az energia "minőségéhez". Ez a törvény megállapítja, hogy a valós folyamatokban az energia minősége csökken. Bevezetésre kerül az "entrópia" termodinamikai tulajdonság meghatározása. A második törvény állításaiban megállapítják, hogy mikor következhet be folyamat, és mikor nem, még akkor sem, ha az első törvényt továbbra is betartják. Lásd a 9. ábrát.
Nulla törvény:
A nulla törvény kimondja, hogy ha két rendszer egyensúlyban van a harmadikkal, akkor egyensúlyban vannak egymással. Például a 10. ábra esetében, ha A termikus egyensúlyban van a C-vel, és C a hőegyensúlyban van B-vel, akkor A a B-vel termikus egyensúlyban van.
A T egyéb fogalmaiermodinamika
Rendszer
Az univerzum része, amely érdekes vagy tanulmányozható. A 11. ábrán látható csésze kávé esetében a "rendszer" a csésze (kávé) tartalma, ahol a hőenergia-átvitel tanulmányozható. Lásd a 12. ábrát. [4]
Környezet
Ez a világegyetem többi része a vizsgált rendszeren kívül. A 12. ábrán a kávéscsészét a kávét (rendszert) tartalmazó „határnak” tekintjük, és ami a csészén (határon) kívül van, az a rendszer „környezete”.
Termodinamikai egyensúly
Állapot, amelyben a rendszer tulajdonságai jól körülhatárolhatók, és nem változnak az idő múlásával. Amikor egy rendszer termikus egyensúlyt, mechanikai egyensúlyt és kémiai egyensúlyt mutat, akkor a termodinamikai egyensúlyban van. Az egyensúlyban a rendszer csak akkor módosíthatja az állapotát, ha külső ágens hat rá. Lásd a 13. ábrát.
Párolt
Entitás, amely lehetővé teszi vagy megakadályozza a rendszerek közötti interakciókat. Ha a fal lehetővé teszi az anyag átjutását, akkor azt mondják, hogy áteresztő fal. Az adiabatikus fal az, amely nem teszi lehetővé a hőátadást két rendszer között. Amikor a fal lehetővé teszi a hőenergia átadását, akkor diatermikus falnak nevezzük. Lásd a 14. ábrát.
Következtetések
Az energia az anyag mozgatásának képessége. Ez átalakítható helyzetének vagy állapotának módosításával.
A termodinamika egy olyan tudomány, amely az energia cseréjét és átalakulását tanulmányozza a folyamatokban. Az energia-átalakulások vizsgálata a termodinamikában négy törvényen alapszik. Az első és a második törvény az energia minőségével és mennyiségével kapcsolatos; míg a harmadik és negyedik törvény a termodinamikai tulajdonságokkal (hőmérséklet és entrópia) függ össze.
A hőmérséklet a testet alkotó molekulák keverési fokának mértéke, míg a hő két különböző hőmérsékletű test közötti hőenergia-átvitel.
A termodinamikai egyensúly akkor áll fenn, ha a rendszer egyidejűleg van a hőegyensúlyban, a mechanikai egyensúlyban és a kémiai egyensúlyban.
Köszönöm: Ennek a cikknek a kidolgozása során megtiszteltetés számunkra, hogy a Ing. Marisol Pino, az ipari műszerek és vezérlés szakembere.