Teknologi

Prinsip Termodinamika

Kanggo ngerti, kanthi cara sing gampang, jagad Termodinamika sing jembar lan kompleks, disaranake langkah demi langkah diwiwiti kanthi kajian istilah dhasar, pengantar prinsip termodinamika, lan banjur sinau kanthi luwih jero babagan hukum termodinamika, kepiye cara ditulis kanthi matématis lan aplikasi.

Kanthi patang hukum termodinamika (ukum nol, ukum pertama, ukum nomer loro lan ukum nomer telu), diterangake kepiye cara transfer lan transformasi energi ing antarane macem-macem sistem; dadi dhasar kanggo ngerteni akeh fénoména fisika-kimia alam.

Tinjauan konsep dhasar

Kita ngajak sampeyan ndeleng artikel kasebut THERMODYNAMICS, apa sejatine lan aplikasi

Panutup artikel gampang termodinamika
citeia.com

Sampeyan bisa nglengkapi informasi iki nganggo artikel kasebut Kekuwatan Hukum Watt (Aplikasi - Olahraga) Kanggo saiki WE IKU ...

Wangun energi

Energi, properti awak kanggo ngowahi awake dhewe kanthi ngowahi kahanan utawa negara, ana macem-macem jinis, kayata energi kinetik, energi potensial lan energi internal awak. Deleng gambar 1.

Sawetara bentuk energi sing ditampilake ing hukum termodinamika.
citeia.com

Kerja

Iki minangka produk saka gaya lan pamindahan, sing loro diukur ing arah sing padha. Kanggo ngetung karya, komponen saka gaya sing sejajar karo pamindahan obyek digunakake. Karya diukur ing Nm, Joule (J), ft.lb-f, utawa BTU. Deleng gambar 2.

Mekanikal, unsur sing bisa ditemokake ing prinsip termodinamika.
citeia.com

Panas (Q)

Transfer energi termal ing antarane rong awak sing beda-beda ing suhu, lan mung ana ing pangertene suhu mudhun. Panas diukur ing Joule, BTU, kaki pon, utawa kalori. Deleng gambar 3.

Kalori
Gambar 3. Panas (https://citeia.com)

Prinsip Termodinamika

Hukum Nol - Prinsip Nol

Undhang-undhang termodinamika nol nyatakake manawa ana loro obyek, A lan B, padha karo keseimbangan termal, lan obyek A ana ing keseimbangan karo obyek ketiga C, mula obyek B ana ing keseimbangan termal karo obyek C. Ekuilibrium Termal kedadeyan nalika loro utawa luwih awak padha ing suhu sing padha. Deleng gambar 4.

Tuladha Hukum Nol Termodinamika.
citeia.com

Undhang-undhang iki dianggep minangka hukum dhasar termodinamika. Iki dijaluk minangka "Hukum Nol" ing taun 1935, amarga ana postulat sawise undang-undang termodinamika pisanan lan kaloro digawe.

Hukum Termodinamika kaping 1 (Prinsip konservasi energi)

Pratelan Ukum Termodinamika Pertama:

Ukum termodinamika pisanan, uga dikenal minangka prinsip konservasi energi, negesake manawa energi ora digawe utawa dirusak, mung diowahi dadi jinis energi liyane, utawa ditransfer saka obyek menyang obyek liyane. Mula jumlah energi ing jagad iki ora owah.

Hukum pisanan ditindakake ing "kabeh", energi ditransfer lan diowahi terus-terusan, kayata ing sawetara piranti listrik, kayata mixer lan blender, energi listrik diowahi dadi energi mekanik lan termal, ing awak manungsa dheweke malih dadi bahan kimia. energi panganan sing dilebokake dadi energi kinetik nalika awak obah, utawa conto liyane kayata sing ditampilake ing gambar 5.

Tuladha transformasi energi ing hukum termodinamika.
citeia.com

Persamaan Hukum Termodinamika Pertama:

Persamaan ukum pisanan ing prinsip termodinamika negesake imbangan sing kudu ana ing antarane macem-macem jinis energi sajrone proses tartamtu. Amarga, ing sistem tertutup [1], ijol-ijolan energi mung bisa diwenehake kanthi transfer panas, utawa kanthi pakaryan sing ditindakake (dening utawa ing sistem), ditemtokake variasi energi saka sistem padha karo jumlah energi transfer liwat panas lan liwat karya. Deleng gambar 6.

Keseimbangan energi kanggo sistem tertutup diterangake ing prinsip termodinamika.
citeia.com

Ngelingi yen energi sing dipertimbangkan ing saldo energi iki yaiku energi kinetik, energi potensial lan energi internal [1], keseimbangan energi kanggo sistem tertutup tetep kaya sing ditampilake ing gambar 7.

  • (ec) Energi kinetik, amarga obahing awak;
  • (ep) Energi Potensi, amarga posisi awak ing lapangan gravitasi;
  • (UTAWA) Energi internal, amarga kontribusi mikroskopik kinetik lan energi potensial saka molekul internal awak.
Keseimbangan energi kanggo sistem tertutup
Gambar 7. Keseimbangan energi kanggo sistem tertutup (https://citeia.com)

Latihan 1.

Wadhah sing disegel ngemot zat, kanthi energi awal 10 kJ. Bahan kasebut diaduk karo baling-baling sing bisa digunakake 500 J, dene sumber panas transfer 20 kJ panas menyang zat kasebut. Kajaba iku, 3kJ panas diluncurake menyang udhara sajrone proses kasebut. Temtokake energi pungkasan zat kasebut. Deleng gambar 8.

Pratelan olahraga termodinamika
Gambar 8. Pratelan olahraga 1 (https://citeia.com)
Solusi:

Ing gambar 9 sampeyan bisa ndeleng panas sing ditambahake karo sumber panas, sing dianggep "positif" amarga nambah energi zat, panas sing diluncurake menyang udhara, negatif amarga nyuda energi zat, lan karya baling-baling, sing nambah energi njupuk tandha positif.

Pendekatan - ngleksanakake ukum termodinamika
citeia.com

Ing gambar 10 ditampilake keseimbangan energi, miturut undang-undang termodinamika pisanan lan energi pungkasan saka zat kasebut dipikolehi.

Solusi - Olahraga termodinamika
citeia.com

Ukum termodinamika nomer loro

Ana sawetara pratelan babagan hukum termodinamika nomer loro: Pratelan Planck-Kelvin, Clausius, Carnot. Masing-masing nuduhake aspek sing beda ing angger-angger nomer loro. Umumé undhang-undhang termodinamika nomer loro:

  • Arah proses termodinamika, ora bisa ngowahi gejala fisik.
  • Efisiensi mesin termal.
  • Ketik properti "entropi".

Arah proses termodinamika:

Ing alam kanthi spontan, energi mili utawa dipindhah saka negara energi paling dhuwur menyang negara energi paling endhek. Panas mili saka awak panas menyang awak adhem lan ora beda. Deleng gambar 11.

Proses sing ora bisa dibalekake ing hukum lan prinsip termodinamika.
Gambar 11. Proses sing ora bisa dibalekake (https://citeia.com)

Efisiensi utawa kinerja termal:

Miturut hukum termodinamika pisanan, energi ora digawe utawa rusak, nanging bisa diowahi utawa ditransfer. Nanging ing kabeh transfer energi utawa transformasi, jumlah sing ora migunani kanggo kerja. Nalika energi ditransfer utawa diowahi, bagean saka energi awal diluncurake minangka energi termal: energi mudhun, ilang kualitas.

Ing transformasi energi apa wae, jumlah energi sing dipikolehi mesthi kurang saka energi sing disedhiyakake. Efisiensi termal yaiku jumlah panas saka sumber sing diowahi dadi kerja, rasio antarane energi sing dipikolehi lan energi sing disedhiyakake ing transformasi. Deleng gambar 12.

Hubungan antarane energi migunani sing dipikolehi lan energi sing disedhiyakake ing transformasi
citeia.com

Mesin Termal utawa Mesin Panas:

Mesin termal minangka piranti sing sebagian ngowahi panas dadi tenaga kerja utawa energi mekanik, sing mbutuhake sumber sing nyedhiyakake panas ing suhu dhuwur.

Ing mesin termal digunakake zat kayata uap banyu, hawa utawa bahan bakar. Bahan kasebut ngalami serangkaian transformasi termodinamika kanthi cara siklus, saengga mesin kasebut bisa beroperasi kanthi terus-terusan.

Latihan 2.

Mesin kendaraan kargo ngasilake panas nalika ngobong bensin. Kanggo saben siklus mesin, panas 5 kJ diowahi dadi 1kJ karya mekanis. Apa efisiensi motor? Pira panas sing diluncurake kanggo saben siklus mesin? Deleng gambar 13

Olahraga Thermodinamika
Gambar 13. olahraga 2 (https://citeia.com)
Solusi:
Petungan efisiensi
Gambar 13. Perhitungan efisiensi - olahraga 2 (https://citeia.com)

Kanggo nemtokake panas sing diluncurake, dianggep manawa ing mesin termal, pakaryan net padha karo transfer panas net menyang sistem. Deleng gambar 14.

Pitungan panas sampah
Gambar 14. Pitungan panas sampah - olahraga 2 (https://citeia.com)

Entropi:

Entropi minangka tingkat acak utawa kelainan ing sistem. Entropi ndadekake bisa ngetung bagean energi sing ora bisa digunakake kanggo ngasilake karya, yaiku nggawe kuantitas proses thermodinamika sing ora bisa dibalekake.

Saben transfer energi sing kedadeyan nambah entropi alam semesta lan nyuda jumlah energi sing bisa digunakake kanggo kerja. Sembarang proses termodinamika bakal diterusake ing arah sing nambah total entropi alam semesta. Deleng gambar 15.

Entropi
Gambar 15. Entropi (https://citeia.com)

Hukum Termodinamika kaping 3

Ukum Termodinamika Katelu utawa Nerst Postulate

Ukum termodinamika kaping telu ana hubungane karo suhu lan pendinginan. Iki nyatakake yen entropi sistem kanthi nol mutlak minangka konstanta sing pasti. Deleng gambar 16.

Nol absolut minangka suhu paling ngisor ing ngisor iki sing ora ana ukuran ngisor maneh, yaiku suhu paling adhem ing awak. Nol absolut yaiku 0 K, padha karo -273,15 ºC.

Ukum termodinamika kaping telu
Gambar 16. Ukum termodinamika nomer telu (https://citeia.com)

kesimpulan

Ana papat prinsip termodinamika. Ing prinsip nol ditetepake yen keseimbangan termal kedadeyan nalika loro utawa luwih awak ana ing suhu sing padha.

Ukum termodinamika pertama nuduhake konservasi energi ing antarane proses, dene undang-undang termodinamika nomer loro nuduhake arah saka entropi paling endhek nganti paling dhuwur, lan efisiensi utawa kinerja mesin panas sing ngowahi panas dadi karya.

Undhang-undhang termodinamika kaping telu ana hubungane karo suhu lan pendinginan, ujar manawa entropi sistem ing nol mutlak minangka konstanta sing pasti.

Ninggalake balesan

Panjenengan alamat email ora bisa diterbitake. Perangkat kothak ditandhani karo *

Situs iki nggunakake Akismet kanggo ngurangi spam. Sinau babagan data komentar sampeyan diproses.