თერმოდინამიკური პრინციპები

თერმოდინამიკის ფართო და რთული სამყაროს მარტივად გასაგებად, რეკომენდებულია ეტაპობრივად დაიწყო ძირითადი ტერმინების მიმოხილვა, თერმოდინამიკური პრინციპების გაცნობა და შემდეგ უფრო ღრმად შესწავლა თერმოდინამიკური კანონები, თუ როგორ გამოხატულია მათემატიკურად. და მისი გამოყენება.

თერმოდინამიკის ოთხი კანონით (ნულოვანი კანონი, პირველი კანონი, მეორე კანონი და მესამე კანონი) აღწერილია, თუ როგორ მუშაობს ენერგიის გადაცემა და გარდაქმნა სხვადასხვა სისტემას შორის; ბუნების მრავალი ფიზიკურ-ქიმიური ფენომენის გაგების საფუძველი.

ძირითადი ცნებების მიმოხილვა

გეპატიჟებით სტატიის სანახავად თერმოდინამიკა, რა არის ეს და მისი გამოყენება

თქვენ შეგიძლიათ შეავსოთ ეს ინფორმაცია სტატიით ვატის კანონის ძალა (პროგრამები - სავარჯიშოები) ამ დროისათვის ჩვენ მივყვებით ...

ენერგიის ფორმები

ენერგია, სხეულების საკუთრებაა, რომ გარდაქმნან საკუთარი მდგომარეობა ან მდგომარეობა შეცვალონ, მოდის მრავალი ფორმით, მაგალითად კინეტიკური ენერგია, პოტენციური ენერგია და სხეულების შინაგანი ენერგია. იხილეთ სურათი 1.

მუშაობა

ეს არის ძალისა და გადაადგილების პროდუქტი, ორივე იზომება იმავე მიმართულებით. სამუშაოს გამოსათვლელად გამოიყენება ძალის კომპონენტი, რომელიც ობიექტის გადაადგილების პარალელურია. სამუშაო იზომება Nm, Joule (J), ft.lb-f ან BTU. იხილეთ სურათი 2.

სითბო (Q)

თერმული ენერგიის გადატანა ორ სხეულს შორის, რომლებიც სხვადასხვა ტემპერატურაზეა და ეს მხოლოდ იმ გაგებით ხდება, რომ ტემპერატურა იკლებს. სითბოს იზომება Joule, BTU, ფუნტი ფუტი, ან კალორია. იხილეთ სურათი 3.

თერმოდინამიკური პრინციპები

ნულოვანი კანონი - ნულოვანი პრინციპი

თერმოდინამიკის ნულოვანი კანონი აცხადებს, რომ თუ ორი ობიექტი, A და B, თერმული წონასწორობით არიან ერთმანეთთან, ხოლო A ობიექტი წონასწორობაშია მესამე ობიექტთან C, მაშინ ობიექტი B არის თერმული წონასწორობა ობიექტთან C. თერმული წონასწორობა ხდება როდესაც ორი ან მეტი სხეული ერთ ტემპერატურაზეა. იხილეთ სურათი 4.

ეს კანონი თერმოდინამიკის მთავარ კანად ითვლება. იგი გამოქვეყნდა როგორც "ნულოვანი კანონი", 1935 წელს, ვინაიდან იგი გამოქვეყნდა თერმოდინამიკის პირველი და მეორე კანონის მიღების შემდეგ.

თერმოდინამიკის პირველი კანონი (ენერგიის დაზოგვის პრინციპი)

თერმოდინამიკის პირველი კანონის განცხადება:

თერმოდინამიკის პირველი კანონი, რომელიც ასევე ცნობილია როგორც ენერგიის დაზოგვის პრინციპი, აცხადებს, რომ ენერგია არ იქმნება ან განადგურდება, ის მხოლოდ სხვა ტიპის ენერგიად გარდაიქმნება, ან იგი გადადის ერთი ობიექტიდან მეორეზე. ამრიგად, სამყაროში ენერგიის საერთო რაოდენობა არ იცვლება.

პირველი კანონი სრულდება "ყველაფერში", ენერგია მუდმივად გადადის და გარდაიქმნება, მაგალითად, ზოგიერთ ელექტრო მოწყობილობაში, მაგალითად, მიქსერებში და ბლენდერებში, ელექტროენერგია გარდაიქმნება მექანიკურ და თერმულ ენერგიად, ადამიანის სხეულში ისინი ქიმიურ ნივთიერებად გარდაიქმნება. საკვების ენერგია, რომელიც მიიღება კინეტიკური ენერგია, როდესაც სხეული მოძრაობს, ან სხვა მაგალითები, როგორიცაა მე -5 ნახაზზე ნაჩვენები.

თერმოდინამიკის პირველი კანონის განტოლება:

თერმოდინამიკური პრინციპების პირველი კანონის განტოლება გამოხატავს ბალანსს, რომელიც უნდა არსებობდეს ენერგიის სხვადასხვა ტიპებს შორის მოცემულ პროცესში. მას შემდეგ, რაც დახურულ სისტემებში [1], ენერგიის გაცვლა შეიძლება მხოლოდ სითბოს გადაცემით, ან შესრულებული სამუშაოთი (სისტემის მიერ ან სისტემის შესახებ) დადგენილია, რომ სისტემის ენერგიის ცვალებადობა ჯამია ენერგიის გადაცემის სითბოთი და მუშაობით. იხილეთ სურათი 6.

იმის გათვალისწინებით, რომ ამ ენერგეტიკულ ბალანსში გათვალისწინებული ენერგიებია კინეტიკური ენერგია, პოტენციური ენერგია და შინაგანი ენერგია [1], დახურული სისტემებისთვის ენერგეტიკული ბალანსი რჩება ისე, როგორც ნაჩვენებია ნახაზზე 7

• (ეკ) Კინეტიკური ენერგია , სხეულის მოძრაობის გამო;
• (ეპ) Პოტენციური ენერგია, გრავიტაციულ ველში სხეულის პოზიციის გამო;
• (ან) შინაგანი ენერგია, სხეულის შინაგანი მოლეკულების კინეტიკური და პოტენციური ენერგიის მიკროსკოპული შენატანების გამო.

1 ვარჯიში

დალუქული კონტეინერი შეიცავს ნივთიერებას, საწყისი ენერგიით 10 კჯ. ნივთიერებას ურევენ პროპელერთან, რომელიც 500 J მუშაობას ახდენს, ხოლო სითბოს წყარო 20 კჯ სითბოს გადასცემს ნივთიერებას. გარდა ამისა, პროცესის განმავლობაში 3 კჯ სითბო გამოიყოფა ჰაერში. განსაზღვრეთ ნივთიერების საბოლოო ენერგია. იხილეთ სურათი 8.

გამოსავალი:

მე -9 ნახაზზე შეგიძლიათ ნახოთ სითბოს დამატებული სითბო, რომელიც ითვლება "პოზიტიურად", რადგან ის ზრდის ნივთიერების ენერგიას, ჰაერში გამოთავისუფლებულ სითბოს, ნეგატიურს, რადგან ამცირებს ნივთიერების ენერგიას და პროპელერის მუშაობამ, რამაც ენერგია გაზარდა, დადებითი ნიშანი მიიღო.

ფიგურა 10-ში წარმოდგენილია ენერგეტიკული ბალანსი თერმოდინამიკის პირველი კანონის შესაბამისად და მიიღება ნივთიერების საბოლოო ენერგია.

თერმოდინამიკის მეორე კანონი

თერმოდინამიკის მეორე კანონის რამდენიმე განცხადება არსებობს: პლანკ-კელვინის, კლაუსიუსის, კარნოტის განცხადება. თითოეული მათგანი აჩვენებს მეორე კანონის განსხვავებულ ასპექტს. ზოგადად, თერმოდინამიკის მეორე კანონი ადგენს:

• თერმოდინამიკური პროცესების მიმართულება, ფიზიკური მოვლენების შეუქცევადობა.
• თერმული მანქანების ეფექტურობა.
• შეიტანეთ თვისება "ენტროპია".

თერმოდინამიკური პროცესების მიმართულება:

ბუნებაში სპონტანურად ენერგია მიედინება ან გადადის უმაღლესი ენერგეტიკული მდგომარეობიდან ყველაზე დაბალ ენერგეტიკულ მდგომარეობაში. სითბო ცხელი სხეულებიდან ცივ სხეულებამდე მიედინება და არა პირიქით. იხილეთ სურათი 11.

ეფექტურობა ან თერმული შესრულება:

თერმოდინამიკის პირველი კანონის თანახმად, ენერგია არც იქმნება და არც განადგურებულია, მაგრამ ის შეიძლება გარდაიქმნას ან გადაიტანოს. მაგრამ ენერგიის ყველა ტრანსფერში ან გარდაქმნაში მისი რაოდენობა არ არის სასარგებლო სამუშაოს შესრულება. ენერგიის გადატანის ან გარდაქმნისას, საწყისი ენერგიის ნაწილი გამოიყოფა თერმული ენერგიის სახით: ენერგია დეგრადირდება, კარგავს ხარისხს.

ნებისმიერი ენერგიის გარდაქმნისას, მიღებული ენერგიის რაოდენობა ყოველთვის ნაკლებია, ვიდრე მოწოდებული ენერგია. თერმული ეფექტურობა არის სითბოს რაოდენობა წყაროდან, რომელიც გარდაიქმნება სამუშაოში, თანაფარდობა მიღებულ სასარგებლო ენერგიასა და ტრანსფორმაციის დროს მოწოდებულ ენერგიას შორის. იხილეთ სურათი 12.

თერმული მანქანა ან სითბოს მანქანა:

თერმული მანქანა არის მოწყობილობა, რომელიც ნაწილობრივ გარდაქმნის სითბოს სამუშაოდ ან მექანიკურ ენერგიად, რისთვისაც იგი მოითხოვს წყაროს, რომელიც აწვდის სითბოს მაღალ ტემპერატურაზე.

თერმული მანქანებში გამოიყენება ნივთიერება, როგორიცაა წყლის ორთქლი, ჰაერი ან საწვავი. ნივთიერება განიცდის თერმოდინამიკურ გარდაქმნების სერიას ციკლური გზით, ისე, რომ მანქანას შეუძლია მუდმივად იმუშაოს.

2 ვარჯიში

სატვირთო ავტომობილის ძრავა აწარმოებს სითბოს წვას ბენზინის დაწვით. ძრავის თითოეული ციკლისთვის 5 კჯ სითბო გარდაიქმნება 1 კჯ მექანიკურ სამუშაოებად. რა არის ძრავის ეფექტურობა? რამდენი სითბო გამოიყოფა ძრავის თითოეული ციკლისთვის? იხილეთ სურათი 13

გამოსავალი:

გამოთავისუფლებული სითბოს დასადგენად, დაშვებულია, რომ თერმულ დანადგარებში ქსელის მუშაობა უდრის სისტემაში სითბოს წმინდა გადაცემას. იხილეთ სურათი 14.

ენტროპია:

ენტროპია არის შემთხვევითი ან დარღვევის ხარისხი სისტემაში. ენტროპია შესაძლებელს ხდის ენერგიის იმ ნაწილის რაოდენობრივი დადგენას, რომელიც არ შეიძლება გამოყენებულ იქნას სამუშაოს წარმოებაში, ანუ შესაძლებლობას იძლევა თერმოდინამიკური პროცესის შეუქცევადობის რაოდენობრივი დაანგარიშება.

ყოველი ენერგიის გადაცემა, რომელიც ხდება, ზრდის სამყაროს ენტროპიას და ამცირებს გამოსადეგი ენერგიის რაოდენობას სამუშაოების შესასრულებლად. ნებისმიერი თერმოდინამიკური პროცესი იმ მიმართულებით წარიმართება, რომელიც ზრდის სამყაროს მთლიან ენტროპიას. იხილეთ სურათი 15.

თერმოდინამიკის მე -3 კანონი

თერმოდინამიკის მესამე კანონი ან ნერსტ პოსტულატი

თერმოდინამიკის მესამე კანონი უკავშირდება ტემპერატურასა და გაგრილებას. მასში ნათქვამია, რომ სისტემის ენტროპია აბსოლუტურ ნულზე არის გარკვეული მუდმივა. იხილეთ სურათი 16.

აბსოლუტური ნულოვანი არის ყველაზე დაბალი ტემპერატურა, რომლის ქვემოთ აღარ არის დაბალი ზომა, ეს არის ყველაზე ცივი, რომლითაც შეიძლება სხეული იყოს. აბსოლუტური ნული არის 0 K, ექვივალენტურია -273,15 ºC.

დასკვნა

თერმოდინამიკის ოთხი პრინციპი არსებობს. ნულის პრინციპში დადგენილია, რომ თერმული წონასწორობა ხდება მაშინ, როდესაც ორი ან მეტი სხეული ერთ ტემპერატურაზეა.

თერმოდინამიკის პირველი კანონი ეხება პროცესებს შორის ენერგიის დაზოგვას, ხოლო თერმოდინამიკის მეორე კანონი ეხება მიმართულების მინიმალურიდან ყველაზე მაღალ ენტროპიამდე და სითბოს ძრავების ეფექტურობას ან მუშაობას, რომლებიც სითბოს გადააქვთ სამუშაოში.

თერმოდინამიკის მესამე კანონი უკავშირდება ტემპერატურასა და გაგრილებას, მასში ნათქვამია, რომ სისტემის ენტროპია აბსოლუტურ ნულზე არის გარკვეული მუდმივა.