Grunnrafmagntækni

Hitafræði, hvað það er og forrit þess

Hitafræði er vísindi sem byggja á rannsókn orku. Varmaaflfræðilegir ferlar eiga sér stað daglega í daglegu lífi, á heimilum, í iðnaði, með umbreytingu orku, svo sem í loftkælingartækjum, ísskápum, bílum, kötlum, meðal annarra. Þess vegna er mikilvægi rannsóknarinnar á varmafræði, byggt á fjórum grundvallarlögmálum sem koma á tengslum milli gæða og magns orku og varmafræðilegra eiginleika.

Til að skilja lögmál varmafræðinnar, á auðveldan hátt, verður að byrja á nokkrum grunnhugtökum sem verða fyrir neðan, svo sem orku, hita, hitastigi, meðal annarra.

Við bjóðum þér að sjá greinina Kraftur laga Watt (umsóknir - æfingar)

The Power of Watt's Law (Umsóknir - Æfingar) greinarkápa
citeia.com

Hitafræði

Smá saga:

Hitafræðin rannsakar skipti og umbreytingar orku í ferlum. Þegar á 1600-áratugnum byrjaði Galileo að framkvæma rannsóknir á þessu svæði með uppfinningu glerhitamælisins og sambandi þéttleika vökva og hitastigs þess.

Með iðnbyltingunni eru rannsóknir gerðar til að þekkja tengslin milli hita, vinnu og orku eldsneytis, svo og til að bæta afköst gufuvéla og koma fram hitafræði sem rannsóknarvísindi og byrja árið 1697 með gufuvél Thomas Savery. . Fyrsta og annað lögmál varmafræðinnar voru sett árið 1850. Margir vísindamenn eins og Joule, Kelvin, Clausius, Boltzmann, Carnot, Clapeyron, Gibbs, Maxwell, meðal annarra, lögðu sitt af mörkum við þróun þessara vísinda, "Thermodynamics."

Hvað er varmafræði?

Hitafræði er vísindi sem rannsaka orkubreytingar. Þar sem upphaflega var rannsakað hvernig á að umbreyta hita í kraft, í gufuvélum, voru grísku orðin „hitabrúsa“ og „dýnamis“ notuð til að nefna þessi nýju vísindi og mynduðu orðið „varmafræði“. Sjá mynd 1.

Uppruni orðsins varmafræði
citeia.com (mynd 1)

Hitafræðileg forrit

Notkunarsvið hitafræðinnar er mjög breitt. Umbreyting orkunnar á sér stað í mörgum ferlum frá mannslíkamanum, með meltingu matar, jafnvel í fjölmörgum iðnaðarferlum til framleiðslu á afurðum. Á heimilum eru einnig tæki þar sem hitauppstreymi er beitt á járn, hitaveitur, loftkælingar, meðal annarra. Meginreglur hitafræðinnar eru einnig notaðar á fjölmörgum sviðum, svo sem í virkjunum, bifreiðum og eldflaugum. Sjá mynd 2.

Nokkur notkun á hitafræði
citeia.com (mynd 2)

Grunnatriði í Hitafræði

Orka (E)

Eign hvers konar efnislegs eða óefnislegs líkama eða kerfis sem hægt er að umbreyta með því að breyta aðstæðum þess eða ástandi. Það er einnig skilgreint sem möguleiki eða geta til að hreyfa efni. Á mynd 3 má sjá nokkra orkugjafa.

Orkugjafar
citeia.com (mynd 3)

Form orku

Orka er í mörgum myndum, svo sem vindur, rafmagn, vélræn, kjarnorka, meðal annarra. Í rannsókninni á varmafræði er beitt hreyfiorka, hugsanleg orka og innri orka líkama. Hreyfiorkan (Ec) tengist hraðanum, hugsanlegri orku (Ep) með hæðinni og innri orkunni (U) við hreyfingu innri sameindanna. Sjá mynd 4.

Hreyfi-, hugsanleg og innri orka í varmafræði.
citeia.com (mynd 4)

Hiti (Q):

Flutningur varmaorku milli tveggja líkama sem eru við mismunandi hitastig. Hiti er mældur í Joule, BTU, pund-fetum eða í kaloríum.

Hitastig (T):

Það er mælikvarði á hreyfiorku frumeindanna eða sameindanna sem mynda hvaða efnislegan hlut sem er. Það mælir stig hristingar innri sameinda hlutar, varmaorku hans. Því meiri hreyfing sameindanna, því hærra hitastig. Það er mælt í Celsíus gráðum, Kelvin gráðum, Rankine gráðum eða Fahrenheit. Á mynd 5 er jafngildið á milli sumra hitastigskvarða sett fram.

Nokkur samanburður og hitastig.
citeia.com (mynd 5)

Hitafræðilegar meginreglur

Rannsóknin á orkubreytingum í varmafræði byggir á fjórum lögmálum. Fyrsta og annað lögmálið tengjast gæðum og magni orkunnar; en þriðja og fjórða lögmálið tengist varmafræðilegum eiginleikum (hitastig og entropy). Sjá myndir 6 og 7.

Lög sem tengjast orku í varmafræði.
citeia.com (mynd 6)

Fyrsta lögmál varmafræðinnar:

Fyrstu lögin setja meginregluna um orkusparnað. Hægt er að flytja orku frá einum líkama til annars, eða breyta í aðra orku, en það er alltaf varðveitt, þannig að heildarmagn orkunnar er alltaf stöðugt.

Lög sem tengjast varmafræðilegum eiginleikum
citeia.com (mynd 7)

Skautahlaup er gott dæmi um lög um varðveislu orku, þar sem kemur í ljós að orka er ekki búin til eða eyðilögð heldur umbreytt í aðra tegund orku. Fyrir skautahlaupara eins og á mynd 8, þegar aðeins þyngdarkrafturinn hefur áhrif, verðum við að:

  • Staða 1: Þegar skautahlauparinn er efst á rampinum hefur hann innri orku og mögulega orku vegna þeirrar hæðar sem hann er í, en hreyfiorka hans er núll þar sem hann er ekki á hreyfingu (hraði = 0 m / s).
  • Staða 2: Þegar skautahlauparinn byrjar að renna sér niður rampinn minnkar hæðin og minnkar innri orku og mögulega orku en eykur hreyfiorku hans þar sem hraðinn eykst. Orkan er umbreytt í hreyfiorku. Þegar skautahlauparinn nær lægsta punkti rampsins (stöðu 2) er hugsanleg orka hans núll (hæð = 0m) en hann fær hæsta hraðann á ferð sinni niður rampinn.
  • Staða 3: Þegar rampurinn hækkar missir skautahlaupið hraðann og minnkar hreyfiorku sína en innri orkan eykst og hugsanleg orka þegar hann fær hæð.
Orkunotkun í varmafræði.
citeia.com (mynd 8)

Annað lögmál varmafræðinnar:

Annað lögmálið tengist „gæðum“ orkunnar, í hagræðingu umbreytingar og / eða flutnings orku. Þessi lög staðfesta að í raunverulegum ferlum hefur gæði orkunnar tilhneigingu til að minnka. Skilgreiningin á varmafræðilega eiginleikanum „entropy“ er kynnt. Í yfirlýsingum seinni laganna er það staðfest hvenær ferli getur átt sér stað og hvenær það getur ekki, jafnvel þótt áfram sé fylgt eftir fyrstu lögunum. Sjá mynd 9.

Tilfinning um hitaflutning.
citeia.com (mynd 9)

Núll lög:

Núll lögmálið segir að ef tvö kerfi í jafnvægi við það þriðja eru í jafnvægi hvert við annað. Til dæmis, fyrir mynd 10, ef A er í varmajafnvægi með C, og C er í varmajafnvægi með B, þá er A í varmajafnvægi með B.

Núll lögmál varmafræðinnar
citeia.com (mynd 10)

Önnur hugtök Trafeindatækni

kerfið

Hluti alheimsins sem vekur áhuga eða rannsókn. Fyrir kaffibollann á mynd 11 er "kerfið" innihald bollans (kaffisins) þar sem hægt er að rannsaka flutning varmaorku. Sjá mynd 12. [4]

Kerfi, mörk og umhverfi hitafræðilegs kerfis.
citeia.com (mynd 11)

Umhverfi

Það er restin af alheiminum utan við kerfið sem er til rannsóknar. Á mynd 12 er kaffibollinn álitinn „mörkin“ sem innihalda kaffið (kerfið) og það sem er utan við bikarinn (landamærin) er „umhverfið“ kerfisins.

Hitafræðilegt kerfi sem skýrir hitafræðilegt jafnvægi.
citeia.com (mynd 12)

Hitafræðilegt jafnvægi

Ríki þar sem eiginleikar kerfisins eru vel skilgreindir og eru ekki breytilegir með tímanum. Þegar kerfi setur fram varmajafnvægi, vélrænt jafnvægi og efnajafnvægi er það í „hitafræðilegu jafnvægi“. Í jafnvægi getur kerfi ekki breytt ástandi sínu nema utanaðkomandi umboðsmaður virki á það. Sjá mynd 13.

Hitafræðilegt jafnvægi
citeia.com (mynd 13)

Wall

Eining sem leyfir eða kemur í veg fyrir samskipti milli kerfa. Ef veggurinn leyfir efnisleið er hann sagður gegndræpur veggur. Adiabatic vegg er sá sem leyfir ekki hitaflutning milli tveggja kerfa. Þegar veggurinn leyfir flutning á varmaorku kallast hann diathermic wall. Sjá mynd 14.

Veggur á varmafræðilegu kerfi
citeia.com (14 mynd)

Ályktanir

Orka er hæfileikinn til að hreyfa efni. Þessu er hægt að breyta með því að breyta aðstæðum þess eða ástandi.

Hitafræðin er vísindi sem rannsaka skipti og umbreytingar orku í ferlum. Rannsóknin á orkubreytingum í varmafræði byggir á fjórum lögmálum. Fyrsta og annað lögmálið tengjast gæðum og magni orkunnar; en þriðja og fjórða lögmálið tengjast varmafræðilegum eiginleikum (hitastig og entropy).

Hitastig er mælikvarði á hræringargráðu sameindanna sem mynda líkama, en hiti er flutningur varmaorku milli tveggja líkama sem eru við mismunandi hitastig.

Hitafræðilegt jafnvægi er til þegar kerfið er samtímis í varmajafnvægi, vélrænu jafnvægi og efnalegu jafnvægi.

Þakka þér fyrir: Fyrir þróun þessarar greinar höfum við átt heiðurinn af því að fá ráðleggingar frá Ing. Marisol Pino, sérfræðingur í tækjabúnaði og stjórnun.