Thermodynamesch Prinzipien
Fir op eng einfach Manéier déi breet a komplex Welt vun der Thermodynamik ze verstoen, ass et recommandéiert Schrëtt fir Schrëtt ze goen unzefänken mat enger Iwwerpréiwung vu Basisbegrëffer, eng Aféierung an d'therodynamesch Prinzipien, an duerno méi déif déi thermodynamesch Gesetzer ze studéieren, wéi se ginn mathematesch ausgedréckt.a seng Uwendungen.
Mat de véier Gesetzer vun der Thermodynamik (Null Gesetz, éischt Gesetz, Zweet Gesetz an Drëtt Gesetz) gëtt beschriwwen, wéi d'Transferten an d'Transformatioune vun der Energie tëscht verschiddene Systemer funktionéieren; als Basis fir vill physikalesch-chemesch Phänomener vun der Natur ze verstoen.
Iwwerpréiwung vun Basis Konzepter
Mir invitéieren Iech den Artikel ze gesinn THERMODYNAMIK, wat et ass a seng Uwendungen
Dir kënnt dës Informatioun mam Artikel ergänzen D'Kraaft vum Watt Gesetz (Uwendungen - Übungen) Fir elo MIR FOLGEN ...
Forme vun Energie
Energie, d'Besëtz vu Kierper fir sech ze transforméieren andeems se hir Situatioun oder Staat änneren, kënnt a ville Formen, wéi z kinetescher Energie, potenziell Energie an intern Energie vu Kierper. Kuckt d'Figur 1.
Aarbecht
Et ass d'Produkt vun enger Kraaft a Verrécklung, béid an der selwechter Richtung gemooss. Fir d'Aarbecht ze berechnen, gëtt de Bestanddeel vun der Kraaft benotzt, déi parallel zur Verschiebung vum Objet ass. D'Aarbecht gëtt gemooss an Nm, Joule (J), ft.lb-f oder BTU. Kuckt d'Figur 2.
Hëtzt (Q)
Transfert vun thermescher Energie tëscht zwee Kierper déi bei verschiddenen Temperaturen sinn, an et geschitt nëmmen am Sënn datt d'Temperatur erofgeet. Hëtzt gëtt a Joule, BTU, Pond-Féiss oder a Kalorien gemooss. Kuckt d'Figur 3.
Thermodynamesch Prinzipien
Null Gesetz - Null Prinzip
Dat Null Gesetz vun der Thermodynamik seet datt wann zwee Objeten, A a B, am thermesche Gläichgewiicht matenee sinn, an den Objet A am Gläichgewiicht mat engem drëtten Objet C ass, dann ass den Objet B am thermesche Gläichgewiicht mam Objet C. Den Thermesche Gläichgewiicht geschitt wann zwee oder méi Kierper bei der selwechter Temperatur sinn. Kuckt d'Figur 4.
Dëst Gesetz gëtt als Basisgesetz vun der Thermodynamik ugesinn. Et gouf als "Null Gesetz" postuléiert, am Joer 1935, well et postuléiert gouf nodeems déi éischt an zweet Gesetzer vun der Thermodynamik gemaach goufen.
1. Gesetz vun der Thermodynamik (Prinzip vum Erhalt vun der Energie)
Erklärung vum éischte Gesetz vun der Thermodynamik:
Dat éischt Gesetz vun der Thermodynamik, och bekannt als de Prinzip vum Erhalt vun der Energie, seet datt Energie net erstallt oder zerstéiert gëtt, se gëtt nëmmen an eng aner Aart Energie transforméiert, oder se gëtt vun engem Objet an en anert transferéiert. Sou ännert sech de Gesamtbetrag vun Energie am Universum net.
Dat éischt Gesetz gëtt an "alles" erfëllt, d'Energie gëtt kontinuéierlech iwwerdroen a transforméiert, zum Beispill a verschiddenen elektreschen Apparater, wéi Mixer a Mixer, elektresch Energie gëtt a mechanesch an thermesch Energie transforméiert, am mënschleche Kierper gi se d'chemesch transforméiert Energie vu Liewensmëttel déi a kinetesch Energie erageholl ginn wann de Kierper a Bewegung ass, oder aner Beispiller wéi déi an der Figur 5 gewisen.
Equatioun vum éischte Gesetz vun der Thermodynamik:
D'Gleichung vum éischte Gesetz bannent den thermodynamesche Prinzipie dréckt de Balance aus, deen tëscht de verschiddenen Aarte vun Energie an engem bestëmmte Prozess existéiere muss. Well a geschlossene Systemer [1] den Energieaustausch nëmmen duerch den Iwwerdroe vun der Hëtzt, oder duerch d'Aarbecht gemaach ka ginn (duerch oder um System), gëtt festgestallt datt d'Energievariatioun vun engem System gläich wéi d'Zomm vun der Energie Transfere duerch Hëtzt an duerch Aarbecht. Kuckt d'Figur 6.
Bedenkt datt d'Energien, déi an dësem Energiebalance berécksiichtegt sinn, kinetesch Energie, potenziell Energie an intern Energie [1] sinn, bleift d'Energiebilanz fir zoue Systemer wéi an der Figur 7 gewisen.
- (ec) Kinetesch Energie, wéinst der Bewegung vun engem Kierper;
- (ep) Potential Energie, wéinst der Positioun vun engem Kierper an engem Gravitatiounsfeld;
- (ODER) Intern Energie, wéinst de mikroskopesche Bäiträg vun der kinetescher a potenzieller Energie vun den interne Molekülle vun engem Kierper.
Ausübung 1.
E versiegelt Behälter enthält eng Substanz, mat enger éischter Energie vun 10 kJ. D'Substanz gëtt mat engem Propeller geréiert deen 500 J funktionnéiert, wärend eng Hëtztquell 20 kJ Hëtzt op d'Substanz iwwerdroen. Zousätzlech gëtt 3kJ Hëtzt während dem Prozess an d'Loft verëffentlecht. Bestëmmt d'lescht Energie vun der Substanz. Kuckt d'Figur 8.
Solution:
An der Figur 9 kënnt Dir d'Hëtzt gesinn, déi vun der Hëtztquell bäigefüügt gëtt, déi als "positiv" ugesi gëtt, well se d'Energie vun der Substanz erhéicht, d'Hëtzt, déi an d'Loft entlooss gëtt, negativ well se d'Energie vun der Substanz reduzéiert, Aarbecht vun der Propeller, déi d'Energie erhéicht huet e positivt Zeechen.
An der Figur 10 gëtt d'Energiebalance presentéiert, no dem éischte Gesetz vun der Thermodynamik an déi lescht Energie vun der Substanz kritt.
Zweet Gesetz vun der Thermodynamik
Et gi verschidden Aussoe vum zweete Gesetz vun der Thermodynamik: Erklärung vu Planck-Kelvin, Clausius, Carnot. Jidd vun hinnen weist en aneren Aspekt vum zweete Gesetz. Am allgemengen postuléiert dat zweet Gesetz vun der Thermodynamik:
- D'Richtung vun thermodynamesche Prozesser, Irreversibilitéit vu kierperleche Phänomener.
- D'Effizienz vun thermesche Maschinnen.
- Gitt d'Propriétéit "Entropie" an.
Richtung vun thermodynamesche Prozesser:
Spontan an der Natur fléisst oder gëtt Energie vum héchsten Energiestaat an deen ënneschten Energiestaat transferéiert. Hëtzt fléisst vu waarme Kierper op kal Kierper an net ëmgedréint. Kuckt d'Figur 11.
Effizienz oder thermesch Leeschtung:
Geméiss dem éischte Gesetz vun der Thermodynamik gëtt Energie weder erstallt nach zerstéiert, awer et kann transforméiert oder transferéiert ginn. Awer an all Energietransferen oder Transformatiounen ass e Betrag dovun net nëtzlech fir Aarbecht ze maachen. Wéi Energie transferéiert oder transforméiert gëtt, gëtt en Deel vun der éischter Energie als thermesch Energie fräigelooss: Energie degradéiert, verléiert d'Qualitéit.
An all Energietransformatioun ass d'Quantitéit vun der Energie ëmmer manner wéi d'Energie geliwwert. Thermesch Effizienz ass d'Quantitéit vum Wärme vun der Quell déi an d'Aarbecht ëmgewandelt gëtt, de Verhältnis tëscht der nëtzlecher Energie kritt an der Energie déi an enger Transformatioun geliwwert gëtt. Kuckt d'Figur 12.
Thermesch Maschinn oder Wäermmaschinn:
D'Thermalmaschinn ass en Apparat deen d'Hëtzt deelweis an d'Aarbecht oder mechanesch Energie konvertéiert, dofir brauch et eng Quell déi d'Hëtzt bei héijer Temperatur liwwert.
An thermesche Maschinne gëtt eng Substanz wéi Waasserdamp, Loft oder Brennstoff benotzt. D'Substanz mécht eng Serie vun thermodynamesche Transformatiounen op eng zyklesch Manéier, sou datt d'Maschinn kontinuéierlech funktionnéiert.
Ausübung 2.
De Motor vun engem Frachtgefier produzéiert Hëtzt a Verbrennung duerch Verbrenne vu Bensin. Fir all Zyklus vum Motor gëtt d'Hëtzt vu 5 kJ an 1kJ vu mechanescher Aarbecht ëmgewandelt. Wat ass d'Effizienz vum Motor? Wéi vill Hëtzt gëtt fir all Zyklus vum Motor entlooss? Kuckt d'Figur 13
Solution:
Fir d'Wärmefräiheet ze bestëmmen, gëtt ugeholl datt an thermesche Maschinnen d'Netzwierk gläich dem Nettowärmetransfer zum System ass. Kuckt d'Figur 14.
Entropie:
Entropie ass de Grad vun Zoufall oder Stéierungen an engem System. Entropie erlaabt den Deel vun der Energie ze quantifizéieren, deen net ka benotzt gi fir Aarbecht ze produzéieren, dat heescht, et erlaabt d'irreversibilitéit vun engem thermodynamesche Prozess ze quantifizéieren.
All Energieübertragung déi geschitt ass erhéicht d'Entropie vum Universum a reduzéiert d'Quantitéit vun brauchbarer Energie zur Verfügung fir Aarbecht ze maachen. All thermodynamesche Prozess leeft an eng Richtung déi d'total Entropie vum Universum erhéicht. Kuckt d'Figur 15.
3. Gesetz vun der Thermodynamik
Drëtt Gesetz vun der Thermodynamik oder Nerst Postulate
Dat drëtt Gesetz vun der Thermodynamik bezitt sech op Temperatur a Killung. Et seet datt d'Entropie vun engem System bei absoluter Null eng definitiv Konstant ass. Kuckt d'Figur 16.
Absolut Null ass déi niddregst Temperatur ënner där et net méi eng niddreg Moossnam gëtt, et ass dee keelsten deen e Kierper ka sinn. Absolut Null ass 0 K, entspriechend -273,15 ºC.
Konklusioun
Et gi véier thermodynamesch Prinzipien. Am Nullprinzip gëtt festgestallt datt thermesch Gläichgewiicht geschitt wann zwee oder méi Kierper bei der selwechter Temperatur sinn.
Dat éischt Gesetz vun der Thermodynamik beschäftegt sech mat der Konservatioun vun Energie tëscht de Prozesser, während dat zweet Gesetz vun der Thermodynamik mat der Direktionalitéit vun der niddregster bis héchster Entropie, an der Effizienz oder der Leeschtung vun Hëtzmotoren déi Hëtzt an Aarbecht ëmsetzen.
Dat drëtt Gesetz vun der Thermodynamik ass mat der Temperatur an der Ofkillung verbonnen, et seet datt d'Entropie vun engem System mat absoluter Null eng definitiv Konstant ass.