Rmերմոդինամիկա, ինչ է դա և դրա կիրառությունները

Թերմոդինամիկան գիտություն է, որը հիմնված է էներգիայի ուսումնասիրության վրա։ Թերմոդինամիկ գործընթացները տեղի են ունենում ամեն օր առօրյա կյանքում, տներում, արդյունաբերության մեջ, էներգիայի փոխակերպմամբ, ինչպիսիք են օդորակման սարքավորումները, սառնարանները, մեքենաները, կաթսաները և այլն: Այստեղից է գալիս թերմոդինամիկայի ուսումնասիրության կարևորությունը՝ հիմնված չորս հիմնական օրենքների վրա, որոնք հաստատում են հարաբերությունները էներգիայի որակի և քանակի և թերմոդինամիկական հատկությունների միջև։

Թերմոդինամիկայի օրենքները հեշտ ձևով հասկանալու համար պետք է սկսել որոշ հիմնական հասկացություններից, որոնք ներկայացված են ստորև, ինչպիսիք են էներգիան, ջերմությունը, ջերմաստիճանը և այլն:

Հրավիրում ենք ձեզ տեսնել հոդվածը Ուոթի օրենքի ուժը (կիրառություններ - վարժություններ)

Odyերմոդինամիկա

Մի քիչ պատմություն:

Թերմոդինամիկան ուսումնասիրում է էներգիայի փոխանակումները և փոխակերպումները գործընթացներում։ Արդեն 1600-ական թվականներին Գալիլեոն սկսեց ուսումնասիրություններ կատարել այս ոլորտում՝ ապակե ջերմաչափի գյուտի և հեղուկի խտության և նրա ջերմաստիճանի միջև կապի միջոցով:

Արդյունաբերական հեղափոխության հետ մեկտեղ ուսումնասիրություններ են իրականացվել՝ պարզելու ջերմության, աշխատանքի և վառելիքի էներգիայի փոխհարաբերությունները, ինչպես նաև բարելավելու գոլորշու շարժիչների աշխատանքը։ շարժիչ. Թերմոդինամիկայի առաջին և երկրորդ օրենքները հաստատվել են 1697 թվականին: Շատ գիտնականներ, ինչպիսիք են Ջուլը, Քելվինը, Կլաուզիուսը, Բոլցմանը, Կարնո, Կլապեյրոնը, Գիբսը, Մաքսվելը, ի թիվս այլոց, նպաստել են այս գիտության՝ «Թերմոդինամիկայի» զարգացմանը:

Ի՞նչ է թերմոդինամիկան:

Թերմոդինամիկան գիտություն է, որն ուսումնասիրում է էներգիայի փոխակերպումները։ Քանի որ սկզբում ուսումնասիրվել է, թե ինչպես կարելի է ջերմությունը վերածել էներգիայի, գոլորշու շարժիչներում հունարեն «թերմոս» և «դինամիս» բառերը օգտագործվել են այս նոր գիտությունն անվանելու համար՝ ձևավորելով «թերմոդինամիկա» բառը։ Տես նկար 1:

Թերմոդինամիկայի կիրառությունները

Թերմոդինամիկայի կիրառման ոլորտը շատ լայն է. Էներգիայի փոխակերպումը տեղի է ունենում բազմաթիվ պրոցեսներում՝ մարդու օրգանիզմից՝ սննդի մարսմամբ, մինչև ապրանքների արտադրության բազմաթիվ արդյունաբերական գործընթացներ: Տներում կան նաև արտեֆակտներ, որտեղ թերմոդինամիկան կիրառվում է արդուկների, ջրատաքացուցիչների, օդորակիչների և այլոց վրա: Մի շարք այլ ոլորտներում կիրառվում են նաև թերմոդինամիկայի սկզբունքները, ինչպիսիք են էլեկտրակայանները, ավտոմեքենաները և հրթիռները: Տես նկար 2:

հիմունքները Odyերմոդինամիկա

Էներգիա (E)

Ցանկացած նյութական կամ ոչ նյութական մարմնի կամ համակարգի սեփականություն, որը կարող է փոխակերպվել՝ փոփոխելով իր վիճակը կամ վիճակը: Այն նաև սահմանվում է որպես նյութը տեղափոխելու ներուժ կամ կարողություն: Նկար 3-ում դուք կարող եք տեսնել էներգիայի որոշ աղբյուրներ:

Էներգիայի ձևերը

Էներգիան գալիս է բազմաթիվ ձևերով, ինչպիսիք են քամին, էլեկտրական, մեխանիկական, միջուկային և այլն: Թերմոդինամիկայի ուսումնասիրության ժամանակ օգտագործվում են մարմինների կինետիկ էներգիա, պոտենցիալ էներգիա և ներքին էներգիա։ Կինետիկ էներգիան (Ec) կապված է արագության հետ, պոտենցիալ էներգիան (Ep) բարձրության հետ, իսկ ներքին էներգիան (U)՝ ներքին մոլեկուլների շարժման հետ։ Տես նկար 4:

Ջերմություն (Q):

Ջերմային էներգիայի փոխանցում երկու մարմինների միջև, որոնք գտնվում են տարբեր ջերմաստիճաններում: Ջերմությունը չափվում է Joules-ով, BTU-ներով, ֆունտ ֆուտներով կամ կալորիաներով:

Ջերմաստիճանը (T):

Այն ցանկացած նյութական առարկա կազմող ատոմների կամ մոլեկուլների կինետիկ էներգիայի չափումն է։ Այն չափում է օբյեկտի ներքին մոլեկուլների գրգռվածության աստիճանը, նրա ջերմային էներգիան։ Որքան մեծ է մոլեկուլների շարժումը, այնքան բարձր է ջերմաստիճանը։ Այն չափվում է ըստ Ցելսիուսի, Քելվինի, Ռանկինի կամ Ֆարենհեյթի աստիճանների: Նկար 5-ը ցույց է տալիս որոշ ջերմաստիճանի սանդղակների համարժեքությունը:

Odyերմոդինամիկական սկզբունքներ

Թերմոդինամիկայի մեջ էներգիայի փոխակերպումների ուսումնասիրությունը հիմնված է չորս օրենքների վրա. Առաջին և երկրորդ օրենքները կապված են էներգիայի որակի և քանակի հետ. մինչդեռ երրորդ և չորրորդ օրենքը կապված է թերմոդինամիկական հատկությունների հետ (ջերմաստիճան և էնտրոպիա): Տես 6-րդ և 7-րդ նկարները:

Թերմոդինամիկայի առաջին օրենքը.

Առաջին օրենքը սահմանում է էներգիայի պահպանման սկզբունքը։ Էներգիան կարող է փոխանցվել մի մարմնից մյուսը կամ փոխվել էներգիայի այլ ձևի, բայց այն միշտ պահպանվում է, ուստի էներգիայի ընդհանուր քանակը միշտ մնում է հաստատուն:

Չմուշկների թեքահարթակը էներգիայի պահպանման օրենքի լավ օրինակ է, որտեղ հաստատվում է, որ էներգիան ոչ ստեղծվում է, ոչ ոչնչացվում, այլ փոխակերպվում է էներգիայի այլ տեսակի: Նկար 8-ի նման չմշկողի համար, երբ ազդում է միայն գրավիտացիոն ուժը, դուք պետք է.

• Պաշտոն 1: Երբ չմշկասահորդը գտնվում է թեքահարթակի վերևում, նա ունի ներքին էներգիա և պոտենցիալ էներգիա՝ պայմանավորված բարձրության վրա, բայց նրա կինետիկ էներգիան զրոյական է, քանի որ նա չի շարժվում (արագություն = 0 մ/վ):
• Պաշտոն 2: Երբ չմշկորդը սկսում է սահել թեքահարթակի վրայով, բարձրությունը նվազում է, ներքին էներգիան և պոտենցիալ էներգիան նվազում են, բայց նրա կինետիկ էներգիան մեծանում է, քանի որ արագությունը մեծանում է: Էներգիան վերածվում է կինետիկ էներգիայի։ Երբ չմշկասահորդը հասնում է թեքահարթակի ամենացածր կետին (դիրք 2), նրա պոտենցիալ էներգիան զրո է (բարձրությունը = 0 մ), մինչդեռ նա ամենամեծ արագությունն է ձեռք բերում թեքահարթակից իջնելու ընթացքում:
• Պաշտոն 3: Երբ թեքահարթակը բարձրանում է, չմշկորդը կորցնում է արագությունը՝ նվազեցնելով իր կինետիկ էներգիան, բայց մեծացնելով ներքին էներգիան և պոտենցիալ էներգիան, քանի որ նա բարձրություն է ձեռք բերում։

Թերմոդինամիկայի երկրորդ օրենքը.

Երկրորդ օրենքը կապված է էներգիայի «որակի» հետ՝ էներգիայի փոխակերպման և/կամ փոխանցման օպտիմալացման մեջ։ Այս օրենքը սահմանում է, որ իրական գործընթացներում էներգիայի որակը նվազման միտում ունի։ Ներկայացվում է «էնտրոպիա» թերմոդինամիկական հատկության սահմանումը: Երկրորդ օրենքի դրույթներում սահմանվում է, թե երբ կարող է գործընթաց լինել, իսկ երբ՝ ոչ, թեև առաջին օրենքը շարունակում է իրագործվել։ Տես նկար 9-ը:

Զրո օրենքը.

Զրոյական օրենքը ասում է, որ եթե երրորդի հետ հավասարակշռության մեջ գտնվող երկու համակարգեր միմյանց հետ հավասարակշռության մեջ են: Օրինակ, Նկար 10-ի համար, եթե A-ն ջերմային հավասարակշռության մեջ է C-ի հետ, իսկ C-ն ջերմային հավասարակշռության մեջ է B-ի հետ, ապա A-ն ջերմային հավասարակշռության մեջ է B-ի հետ:

Տ–ի այլ հասկացություններէրգոնոմիկա

Համակարգ

Տիեզերքի մի մասը, որը հետաքրքրություն կամ ուսումնասիրություն է ներկայացնում: Նկար 11-ի սուրճի բաժակի համար «համակարգը» բաժակի (սուրճի) պարունակությունն է, որտեղ կարելի է ուսումնասիրել ջերմային էներգիայի փոխանցումը: Տես նկար 12: [4]

Շրջակա միջավայր

Այն տիեզերքի մնացած մասն է, որը դուրս է ուսումնասիրվող համակարգից: Նկար 12-ում սուրճի բաժակը համարվում է սուրճը (համակարգը) պարունակող «սահմանը», իսկ այն, ինչ գտնվում է բաժակից դուրս (սահմանից) համակարգի «միջավայրն» է:

թերմոդինամիկական հավասարակշռություն

Պետություն, որտեղ համակարգի հատկությունները լավ սահմանված են և չեն տատանվում ժամանակի հետ: Երբ համակարգը ներկայացնում է ջերմային հավասարակշռություն, մեխանիկական և քիմիական հավասարակշռություն, այն գտնվում է «թերմոդինամիկական հավասարակշռության մեջ»: Հավասարակշռության մեջ համակարգը չի կարող փոխել իր վիճակը, քանի դեռ դրա վրա չի գործում արտաքին գործակալ: Տես նկար 13:

Պատը

Սուբյեկտ, որը թույլ է տալիս կամ կանխում փոխազդեցությունները համակարգերի միջև: Եթե ​​պատը թույլ է տալիս նյութի անցումը, ապա ասում են, որ դա թափանցելի պատ է: Ադիաբատիկ պատը այն պատն է, որը թույլ չի տալիս ջերմության փոխանցում երկու համակարգերի միջև: Երբ պատը թույլ է տալիս ջերմային էներգիա փոխանցել, այն կոչվում է դիաթերմային պատ: Տես նկար 14:

Եզրակացություններ

Էներգիան նյութը տեղափոխելու կարողությունն է: Սա կարող է փոխակերպվել՝ փոփոխելով իր իրավիճակը կամ վիճակը:

Թերմոդինամիկան գիտություն է, որն ուսումնասիրում է գործընթացներում էներգիայի փոխանակումները և փոխակերպումները։ Թերմոդինամիկայի մեջ էներգիայի փոխակերպումների ուսումնասիրությունը հիմնված է չորս օրենքների վրա. Առաջին և երկրորդ օրենքները կապված են էներգիայի որակի և քանակի հետ. մինչդեռ երրորդ և չորրորդ օրենքը կապված է թերմոդինամիկական հատկությունների հետ (ջերմաստիճան և էնտրոպիա):

Ջերմաստիճանը մարմինը կազմող մոլեկուլների գրգռվածության աստիճանի չափումն է, մինչդեռ ջերմությունը ջերմային էներգիայի փոխանցումն է երկու մարմինների միջև, որոնք տարբեր ջերմաստիճաններում են։

Ջերմոդինամիկական հավասարակշռություն գոյություն ունի, երբ համակարգը միաժամանակ գտնվում է ջերմային, մեխանիկական և քիմիական հավասարակշռության մեջ:

Շնորհակալական նշում. Այս հոդվածի մշակման համար մենք պատիվ ենք ունեցել ստանալու խորհուրդը Ինգ Մարիսոլ Պինո, արդյունաբերական գործիքավորման և հսկողության մասնագետ.