თერმოდინამიკა, რა არის ეს და მისი გამოყენება

თერმოდინამიკა არის მეცნიერება, რომელიც ემყარება ენერგიის შესწავლას. თერმოდინამიკური პროცესები ყოველდღიურად ხდება ყოველდღიურ ცხოვრებაში, სახლებში, მრეწველობაში, ენერგიის გარდაქმნით, როგორიცაა კონდიცირების მოწყობილობები, მაცივრები, მანქანები, ქვაბები და სხვა. აქედან გამომდინარე, მნიშვნელოვანია თერმოდინამიკის შესწავლის მნიშვნელობა, რომელიც ეფუძნება ოთხ ძირითად კანონს, რომლებიც ადგენენ ურთიერთობებს ენერგიის ხარისხსა და რაოდენობასა და თერმოდინამიკურ თვისებებს შორის.

თერმოდინამიკის კანონების გასაგებად, მარტივი მეთოდით, უნდა დავიწყოთ რამდენიმე ძირითადი ცნებებიდან, რომლებიც ქვემოთ არის გამოვლენილი, მაგალითად ენერგია, სითბო, ტემპერატურა და ა.შ.

გეპატიჟებით სტატიის სანახავად ვატის კანონის ძალა (პროგრამები - სავარჯიშოები)

თერმოდინამიკა

პატარა ისტორია:

თერმოდინამიკა შეისწავლის ენერგიის გაცვლასა და გარდაქმნებს პროცესებში. უკვე 1600-იან წლებში გალილეომ დაიწყო კვლევები ამ სფეროში, მინის თერმომეტრის გამოგონებით და სითხის სიმკვრივისა და მისი ტემპერატურის ურთიერთმიმართებით.

ინდუსტრიული რევოლუციით, ტარდება გამოკვლევები სითბოს, მუშაობასა და საწვავის ენერგიას შორის არსებული ურთიერთობების გასაცნობად, აგრეთვე ორთქლის ძრავების მუშაობის გასაუმჯობესებლად, თერმოდინამიკა, როგორც სასწავლო მეცნიერება, 1697 წლიდან თომას სევერიის ორთქლის ძრავით . თერმოდინამიკის პირველი და მეორე კანონები დაარსდა 1850 წელს. მრავალი მეცნიერი, როგორიცაა ჯოული, კელვინი, კლაუზიუსი, ბოლცმანი, კარნო, კლაპეირონი, გიბსი, მაქსველი და სხვა, ხელს უწყობდა ამ მეცნიერების, "თერმოდინამიკის" განვითარებას.

რა არის თერმოდინამიკა?

თერმოდინამიკა არის მეცნიერება, რომელიც შეისწავლის ენერგიის გარდაქმნებს. მას შემდეგ, რაც თავდაპირველად შეისწავლეს, თუ როგორ უნდა გარდაქმნან სითბო ძალად, ორთქლის ძრავებში, ამ ახალი მეცნიერების დასახელების მიზნით გამოყენებულ იქნა ბერძნული სიტყვები "თერმოსი" და "დინამი", ჩამოყალიბდა სიტყვა "თერმოდინამიკა". იხილეთ სურათი 1.

თერმოდინამიკური პროგრამები

თერმოდინამიკის გამოყენების არეალი ძალიან ფართოა. ენერგიის ტრანსფორმაცია ხდება ადამიანის ორგანიზმიდან მრავალჯერადი პროცესებით, საკვების მონელებით, პროდუქციის წარმოების მრავალრიცხოვან სამრეწველო პროცესებში. სახლებში ასევე არის მოწყობილობები, სადაც თერმოდინამიკა გამოიყენება უთოებზე, წყლის გამაცხელებლებზე, კონდიციონერებზე და ა.შ. თერმოდინამიკის პრინციპები ასევე გამოიყენება მრავალფეროვან სხვა სფეროებში, როგორიცაა ელექტროსადგურები, ავტომობილები და რაკეტები. იხილეთ სურათი 2.

საფუძვლები თერმოდინამიკა

ენერგია (E)

ნებისმიერი მატერიალური ან არამატერიალური ორგანოს ან სისტემის საკუთრება, რომელიც შეიძლება გარდაიქმნას მისი მდგომარეობის ან მდგომარეობის შეცვლით. იგი ასევე განისაზღვრება, როგორც მატერიის გადაადგილების პოტენციალი ან შესაძლებლობა. ნახაზზე 3 ხედავთ ენერგიის რამდენიმე წყაროს.

ენერგიის ფორმები

ენერგია სხვადასხვა ფორმით გვხვდება, მაგალითად, ქარი, ელექტრო, მექანიკური, ბირთვული ენერგია. თერმოდინამიკის შესწავლისას გამოიყენება კინეტიკური ენერგია, პოტენციური ენერგია და სხეულების შინაგანი ენერგია. კინეტიკური ენერგია (Ec) უკავშირდება სიჩქარეს, პოტენციურ ენერგიას (Ep) სიმაღლესთან და შინაგან ენერგიას (U) შიდა მოლეკულების მოძრაობასთან. იხილეთ სურათი 4.

სითბო (Q):

თერმული ენერგიის გადატანა ორ სხეულს შორის, რომლებიც სხვადასხვა ტემპერატურაზე არიან. სითბოს იზომება Joule, BTU, ფუნტი ფუტი, ან კალორია.

ტემპერატურა (T):

ეს არის ატომების ან მოლეკულების კინეტიკური ენერგიის საზომი, რომლებიც ქმნიან ნებისმიერ მატერიალურ ობიექტს. იგი ზომავს ობიექტის შინაგანი მოლეკულების, მისი თერმული ენერგიის აგზნების ხარისხს. რაც უფრო დიდია მოლეკულების მოძრაობა, მით უფრო მაღალია ტემპერატურა. იგი იზომება გრადუს ცელსიუსის, კელვინის, რანკინის, ან ფარენგეიტის გრადუსებით. დიაგრამა 5-ში მოცემულია ტემპერატურის ზოგიერთ სასწორს შორის ტოლფასობა.

თერმოდინამიკური პრინციპები

ენერგიის გარდაქმნების შესწავლა თერმოდინამიკაში ემყარება ოთხ კანონს. პირველი და მეორე კანონები დაკავშირებულია ენერგიის ხარისხთან და რაოდენობასთან; ხოლო მესამე და მეოთხე კანონები უკავშირდება თერმოდინამიკურ თვისებებს (ტემპერატურა და ენტროპია). იხილეთ ნახატები 6 და 7.

თერმოდინამიკის პირველი კანონი:

პირველი კანონი ადგენს ენერგიის შენარჩუნების პრინციპს. ენერგია შეიძლება გადაადგილდეს ერთი სხეულიდან მეორეზე, ან შეიცვალოს ენერგიის სხვა ფორმით, მაგრამ ის ყოველთვის ინახება, ამიტომ ენერგიის მთლიანი რაოდენობა ყოველთვის რჩება მუდმივად.

სასრიალო პანდუსი ენერგიის დაზოგვის კანონის კარგი მაგალითია, სადაც აღმოჩნდა, რომ ენერგია არ იქმნება ან განადგურდება, არამედ გარდაიქმნება სხვა ტიპის ენერგიად. მოციგურავისთვის, როგორც ეს ფიგურაში 8 არის, როდესაც მხოლოდ გრავიტაციული ძალა ახდენს გავლენას, ჩვენ უნდა:

• პოზიცია 1: როდესაც მოციგურავე ჩასასვლელის ზედა ნაწილშია, მას აქვს შინაგანი ენერგია და პოტენციური ენერგია სიმაღლის გამო, რადგან ის არის, მაგრამ მისი კინეტიკური ენერგია ნულოვანია, რადგან ის არ არის მოძრაობაში (სიჩქარე = 0 მ / წმ).
• პოზიცია 2: მოციგურავე იწყებს ჩასასვლელზე ჩამოსვლას, სიმაღლე იკლებს, ამცირებს შინაგან ენერგიას და პოტენციურ ენერგიას, მაგრამ ზრდის კინეტიკური ენერგიას, სიჩქარის ზრდასთან ერთად. ენერგია გარდაიქმნება კინეტიკურ ენერგიად. როდესაც მოციგურავე ჩასასვლელის ყველაზე დაბალ წერტილს მიაღწევს (პოზიცია 2), მისი პოტენციური ენერგია არის ნულოვანი (სიმაღლე = 0 მ), ხოლო ის ყველაზე მაღალ სიჩქარეს იძენს ჩასასვლელის გავლით.
• პოზიცია 3: ჩასასვლელის აწევისთანავე მოციგურავე კარგავს სიჩქარეს, ამცირებს კინეტიკური ენერგიას, მაგრამ შინაგანი ენერგია იზრდება და პოტენციური ენერგია, სიმაღლის მომატებისთანავე.

თერმოდინამიკის მეორე კანონი:

მეორე კანონი უკავშირდება ენერგიის "ხარისხს", ენერგიის გარდაქმნის ან / და გადაცემის ოპტიმიზაციაში. ეს კანონი ადგენს, რომ რეალურ პროცესებში ენერგიის ხარისხი იკლებს. შემოღებულია თერმოდინამიკური თვისების "ენტროპიის" განმარტება. მეორე კანონის განცხადებებში დგინდება, როდის შეიძლება მოხდეს პროცესი და როდის - არა, მაშინაც კი, თუ პირველი კანონი დაიცავს. იხილეთ სურათი 9.

ნულოვანი კანონი:

ნულოვანი კანონი აცხადებს, რომ თუ ორი სისტემა წონასწორობაში იმყოფება მესამესთან, ისინი წონასწორობაში არიან ერთმანეთთან. მაგალითად, ფიგურა 10-ისთვის, თუ A თერმული წონასწორობაშია C- სთან და C არის თერმული წონასწორობა B- სთან, მაშინ A თერმული წონასწორობაა B- სთან.

თ-ის სხვა ცნებებიერმოდინამიკა

სისტემის

სამყაროს ნაწილი, რომელიც არის საინტერესო ან შესასწავლი. სურათზე 11 ყავის ფინჯნისთვის "სისტემა" არის ფინჯნის (ყავის) შინაარსი, სადაც შესაძლებელია თერმული ენერგიის გადატანის შესწავლა. იხილეთ სურათი 12. [4]

გარემო

ეს დანარჩენი სამყაროა, რომელიც არ არის შესწავლილი სისტემისგან. ნახაზზე 12, ყავის ფინჯანი განიხილება როგორც "საზღვარი", რომელიც შეიცავს ყავას (სისტემას) და რაც ჭიქის (საზღვრის) გარეთ არის სისტემის "გარემო".

თერმოდინამიკური წონასწორობა

მდგომარეობა, რომელშიც სისტემის თვისებები კარგად არის განსაზღვრული და არ იცვლება დროთა განმავლობაში. როდესაც სისტემა წარმოადგენს თერმული წონასწორობას, მექანიკურ წონასწორობას და ქიმიურ წონასწორობას, ის იმყოფება "თერმოდინამიკურ წონასწორობაში". წონასწორობაში, სისტემას არ შეუძლია შეცვალოს თავისი მდგომარეობა, თუ მასზე არ მოქმედებს გარე აგენტი. იხილეთ სურათი 13.

გამზადებული

პირი, რომელიც საშუალებას ან უშლის სისტემებს შორის ურთიერთქმედებას. თუ კედელი იძლევა ნივთიერების გავლას, ამბობენ, რომ ეს არის გამტარი კედელი. ადიაბატური კედელი არის ის, რომელიც არ იძლევა სითბოს გადაცემას ორ სისტემას შორის. როდესაც კედელი იძლევა თერმული ენერგიის გადაცემას, მას დიათერმული კედელი ეწოდება. იხილეთ სურათი 14.

დასკვნები

ენერგია არის მატერიის გადაადგილების უნარი. ეს შეიძლება გარდაიქმნას მისი მდგომარეობის ან მდგომარეობის შეცვლით.

თერმოდინამიკა არის მეცნიერება, რომელიც შეისწავლის პროცესებში ენერგიის გაცვლასა და გარდაქმნებს. ენერგიის გარდაქმნების შესწავლა თერმოდინამიკაში ემყარება ოთხ კანონს. პირველი და მეორე კანონები დაკავშირებულია ენერგიის ხარისხთან და რაოდენობასთან; ხოლო მესამე და მეოთხე კანონები უკავშირდება თერმოდინამიკურ თვისებებს (ტემპერატურა და ენტროპია).

ტემპერატურა არის სხეულის შემქმნელი მოლეკულების აგზნების ხარისხის საზომი, ხოლო სითბო არის თერმული ენერგიის გადატანა ორ სხეულს შორის, რომლებიც სხვადასხვა ტემპერატურაზე არიან.

თერმოდინამიკური წონასწორობა არსებობს, როდესაც სისტემა ერთდროულად იმყოფება თერმული წონასწორობაში, მექანიკურ წონასწორობასა და ქიმიურ წონასწორობაში.

მადლობის წერილი: ამ სტატიის შემუშავებისთვის ჩვენ პატივი გვქონდა გვექნა რჩევების შესახებ ინგ. Marisol Pino, სამრეწველო აპარატურის და კონტროლის სპეციალისტი.