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
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Ing gambar 10 ditampilake keseimbangan energi, miturut undang-undang termodinamika pisanan lan energi pungkasan saka zat kasebut dipikolehi.
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.
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.
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
Solusi:
Kanggo nemtokake panas sing diluncurake, dianggep manawa ing mesin termal, pakaryan net padha karo transfer panas net menyang sistem. Deleng gambar 14.
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.
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.
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.