Термодинамикалық принциптер
Термодинамиканың кең және күрделі әлемін оңай түсіну үшін негізгі терминдерге шолу жасаудан, термодинамикалық принциптермен таныстырудан, содан кейін термодинамикалық заңдылықтарды, олардың қалай жүзеге асырылатындығын тереңірек зерделей отырып, біртіндеп жүру ұсынылады. математикалық түрде өрнектеледі және оның қолданылуы.
Термодинамиканың төрт заңымен (нөл заңы, бірінші заң, екінші заң және үшінші заң) әртүрлі жүйелер арасындағы энергияның ауысуы мен түрленуі қалай жұмыс істейтіні сипатталады; табиғаттың көптеген физикалық-химиялық құбылыстарын түсінуге негіз болады.
Негізгі түсініктерге шолу
Сізді мақаланы көруге шақырамыз ТЕРМОДИНАМИКА, ол не және оның қолданылуы
Сіз бұл ақпаратты мақаламен толықтыра аласыз Ватт заңының күші (қолданбалар - жаттығулар) Қазір БІЗ ІЗДЕЙМІЗ ...
Энергия түрлері
Дене өзінің күйін немесе күйін өзгерту арқылы өзін-өзі түрлендіру қасиеті болып табылатын энергия әр түрлі формада болады кинетикалық энергия, потенциалдық энергия және денелердің ішкі энергиясы. 1 суретті қараңыз.
Жұмыс
Бұл екеуі де бір бағытта өлшенетін күш пен орын ауыстырудың өнімі. Жұмысты есептеу үшін күштің заттың орын ауыстыруына параллель болатын компоненті қолданылады. Жұмыс Nm, Joule (J), ft.lb-f немесе BTU-да өлшенеді. 2 суретті қараңыз.
Жылу (Q)
Жылу энергиясын әр түрлі температурада болатын екі дене арасында тасымалдау және ол тек температураның төмендеуі мағынасында жүреді. Жылу Джоульмен, BTU-мен, фунт-футпен немесе калориямен өлшенеді. 3 суретті қараңыз.
Термодинамикалық принциптер
Нөлдік заң - нөлдік принцип
Термодинамиканың нөлдік заңы егер А және В екі зат бір-бірімен тепе-теңдік күйде болса, ал А объектісі үшінші С объектімен тепе-теңдікте болса, онда В объектісі С объектімен жылу тепе-теңдігінде болады деп айтады. екі немесе одан көп денелер бірдей температурада болғанда. 4 суретті қараңыз.
Бұл заң термодинамиканың негізгі заңы болып саналады. Ол 1935 жылы «нөлдік заң» деп жарияланды, өйткені ол термодинамиканың бірінші және екінші заңдары жасалғаннан кейін пайда болды.
Термодинамиканың бірінші заңы (энергияны сақтау принципі)
Термодинамиканың бірінші заңының тұжырымы:
Термодинамиканың бірінші заңы, сондай-ақ энергияны сақтау принципі деп аталады, энергия жасалмайды немесе жойылмайды, ол тек басқа энергия түріне айналады немесе ол бір объектіден екінші объектіге ауысады. Осылайша ғаламдағы жалпы энергия мөлшері өзгермейді.
Бірінші заң «бәрінде» орындалады, энергия үздіксіз ауысады және өзгереді, мысалы, кейбір электр құрылғыларында, мысалы, араластырғыштар мен араластырғыштарда электр энергиясы механикалық және жылу энергиясына айналады, адам ағзасында олар химиялық дене қозғалыста болған кезде кинетикалық энергияға түскен тамақ энергиясы немесе 5-суретте көрсетілген басқа мысалдар.
Термодинамиканың бірінші заңының теңдеуі:
Термодинамикалық принциптер шеңберіндегі бірінші заңның теңдеуі берілген процестегі энергияның әр түрлі типтері арасында болуы керек тепе-теңдікті білдіреді. Жабық жүйелерде [1] энергия алмасуды тек жылу беру арқылы, не атқарылған жұмыспен (жүйемен немесе жүйемен) ғана беруге болатындықтан, жүйенің энергия өзгерісі қосындысына тең екендігі анықталды. жылу және жұмыс арқылы энергия беру. 6 суретті қараңыз.
Осы энергия теңгерімінде қарастырылатын энергиялардың кинетикалық энергия, потенциалдық энергия және ішкі энергия екенін ескерсек, тұйық жүйелер үшін энергия балансы 1-суретте көрсетілгендей болып қалады.
- (Эк) Кинетикалық энергия, дененің қозғалуына байланысты;
- (Эп) Әлеуетті энергия, дененің гравитациялық өрісте орналасуына байланысты;
- (Ұ) Ішкі энергия, дененің ішкі молекулаларының кинетикалық және потенциалдық энергиясының микроскопиялық үлестеріне байланысты.
1-жаттығу.
Тығыздалған контейнерде бастапқы энергиясы 10 кДж болатын зат бар. Затты 500 Дж жұмыс жасайтын винттің көмегімен араластырады, ал жылу көзі затқа 20 кДж жылу бөледі. Сонымен қатар, процесс барысында ауаға 3кДж жылу бөлінеді. Заттың соңғы энергиясын анықтаңыз. 8 суретті қараңыз.
Шешім:
9-суретте жылу көзі қосылатын жылуды көруге болады, өйткені ол «оң» деп саналады, өйткені ол заттың энергиясын арттырады, ауаға бөлінетін жылу, ол заттың энергиясын кемітетіндіктен теріс, ал энергияны арттыратын әуе винтінің жұмысы оң белгіні алды.
10 суретте энергетикалық баланс келтірілген, термодинамиканың бірінші заңына сәйкес және заттың соңғы энергиясы алынады.
Термодинамиканың екінші бастамасы
Термодинамиканың екінші заңының бірнеше тұжырымдары бар: Планк-Кельвин, Клаузиус, Карно мәлімдемелері. Олардың әрқайсысы екінші заңның әр түрлі аспектілерін көрсетеді. Жалпы термодинамиканың екінші заңы постулаттар:
- Термодинамикалық процестердің бағыты, физикалық құбылыстардың қайтымсыздығы.
- Жылу машиналарының тиімділігі.
- «Энтропия» сипатын енгізіңіз.
Термодинамикалық процестердің бағыты:
Табиғатта өздігінен энергия ағады немесе ең жоғары энергетикалық күйден ең төменгі энергетикалық күйге ауысады. Жылу ыстық денелерден суық денелерге ауысады және керісінше емес. 11 суретті қараңыз.
Тиімділік немесе жылу өнімділігі:
Термодинамиканың бірінші заңы бойынша энергия жаратылмайды да жойылмайды, бірақ оны түрлендіруге немесе беруге болады. Бірақ барлық энергия тасымалдауларында немесе түрлендірулерінде оның бір бөлігі жұмыс істеу үшін пайдалы емес. Энергия ауысқанда немесе өзгергенде бастапқы энергияның бір бөлігі жылу энергиясы ретінде бөлінеді: энергия нашарлайды, сапасын жоғалтады.
Кез-келген энергия түрлендіруінде алынған энергия мөлшері әрқашан берілген энергиядан аз болады. Жылу тиімділігі - бұл жұмысқа айналатын көзден шығатын жылу мөлшері, алынған пайдалы энергия мен трансформация кезінде берілген энергия арасындағы қатынас. 12 суретті қараңыз.
Жылу машинасы немесе жылу машинасы:
Жылу машинасы - бұл жылуды ішінара жұмыс немесе механикалық энергияға айналдыратын құрылғы, ол үшін жоғары температурада жылу беретін көз қажет.
Жылу машиналарында су буы, ауа немесе отын сияқты зат қолданылады. Машина үздіксіз жұмыс істей алатындай етіп зат циклдік жолмен бірқатар термодинамикалық түрлендірулерден өтеді.
2-жаттығу.
Жүк көлігінің қозғалтқышы жану кезінде бензинді жағу арқылы жылу шығарады. Қозғалтқыштың әр циклі үшін 5 кДж жылу 1кДж механикалық жұмысқа айналады. Қозғалтқыштың тиімділігі қандай? Қозғалтқыштың әр циклі үшін қанша жылу бөлінеді? 13 суретті қараңыз
Шешім:
Бөлінген жылуды анықтау үшін жылу машиналарында таза жұмыс жүйеге таза жылу берілуіне тең деп қабылданады. 14 суретті қараңыз.
Энтропия:
Энтропия - жүйеде кездейсоқтық немесе бұзылу дәрежесі. Энтропия энергияны жұмыс жасау үшін пайдалануға болмайтын бөлігін санмен анықтауға мүмкіндік береді, яғни термодинамикалық процестің қайтымсыздығын санмен анықтауға мүмкіндік береді.
Әрбір жүретін энергия берілісі ғаламның энтропиясын жоғарылатады және жұмыс істеуге жарамды энергия мөлшерін азайтады. Кез-келген термодинамикалық процесс бүкіл ғаламның энтропиясын арттыратын бағытта жүреді. 15 суретті қараңыз.
Термодинамиканың 3-ші заңы
Термодинамиканың үшінші заңы немесе Нерст постулаты
Термодинамиканың үшінші заңы температура мен салқындауға байланысты. Онда жүйенің абсолюттік нөлдегі энтропиясы белгілі тұрақты шама екендігі айтылған. 16 суретті қараңыз.
Абсолюттік нөл - бұл төмен температура, одан төмен өлшем болмайды, бұл дененің болуы мүмкін ең суық. Абсолюттік нөл 0 К-ге тең, -273,15 ºC.
қорытынды
Төрт термодинамикалық принцип бар. Нөлдік принципте жылу тепе-теңдігі екі немесе одан да көп денелер бірдей температурада болған кезде пайда болатындығы анықталды.
Термодинамиканың бірінші заңы процестер арасындағы энергияның сақталуын қарастырады, ал екінші заң термодинамиканың төменгіден энтропияға бағытталушылықты және жылуды жұмысқа айналдыратын жылу қозғалтқыштарының тиімділігі немесе өнімділігі туралы айтады.
Термодинамиканың үшінші заңы температура мен салқындауға байланысты, онда абсолюттік нөлдегі жүйенің энтропиясы анықталған тұрақты болып табылады дейді.