Thermodynamik, wat et ass a seng Uwendungen
Thermodynamik ass eng Wëssenschaft baséiert op der Studie vun Energie. Thermodynamesch Prozesser trëtt all Dag am Alldag op, an Haiser, an der Industrie, mat der Transformation vun Energie, wéi a Klimaanlagen, Frigoen, Autoen, Kessel, ënner anerem. Dofir d'Wichtegkeet vun der Studie vun der Thermodynamik, baséiert op véier Basisgesetzer déi d'Relatiounen tëscht der Qualitéit an der Quantitéit vun der Energie an den thermodynameschen Eegeschafte festleeën.
Fir d'Gesetzer vun der Thermodynamik ze verstoen, op eng einfach Manéier, muss een aus e puer Basiskonzepter ufänken, déi ënnen ausgesat sinn, wéi Energie, Hëtzt, Temperatur, ënner anerem.
Mir invitéieren Iech den Artikel ze gesinn D'Kraaft vum Watt Gesetz (Uwendungen - Übungen)
Thermodynamik
E bësse vun der Geschicht:
D'Thermodynamik studéiert den Austausch an d'Transformatioune vun Energie a Prozesser. Scho an de 1600er huet Galileo ugefaang Studien an dësem Beräich ze maachen, mat der Erfindung vum Glasthermometer, an der Bezéiung vun der Dicht vun enger Flëssegkeet a senger Temperatur.
Mat der industrieller Revolutioun gi Studie gemaach fir d'Bezéiungen tëscht Hëtzt, Aarbecht an der Energie vu Brennstoffer ze kennen, wéi och fir d'Performance an Dampmaschinnen ze verbesseren, entstanen Thermodynamik als Studiewëssenschaft, vu 1697 mam Thomas Savery senger Dampmaschinn. Déi éischt an zweet Gesetzer vun der Thermodynamik goufen 1850 gegrënnt. Vill Wëssenschaftler wéi de Joule, Kelvin, Clausius, Boltzmann, Carnot, Clapeyron, Gibbs, Maxwell, ënner anerem, hunn zu der Entwécklung vun dëser Wëssenschaft bäigedroen, "Thermodynamik."
Wat ass Thermodynamik?
Thermodynamik ass eng Wëssenschaft déi Energietransformatiounen studéiert. Zënter ufanks gouf studéiert wéi een Hëtzt a Kraaft transforméiert, an Dampmaschinnen goufen déi griichesch Wierder "Thermos" an "Dynamis" benotzt fir dës nei Wëssenschaft ze benennen, a bilden d'Wuert "Thermodynamik". Kuckt d'Figur 1.
Thermodynamesch Uwendungen
De Gebitt vun der Uwendung vun der Thermodynamik ass ganz breet. D'Transformatioun vun Energie geschitt a ville Prozesser aus dem mënschleche Kierper, mat der Verdauung vu Liewensmëttel, och a villen industrielle Prozesser fir d'Produktioun vu Produkter. An Haiser ginn et och Apparater wou ënner anerem Thermodynamik op Eisen, Waasserheizungen, Klimaanlagen applizéiert gëtt. D'Prinzipie vun der Thermodynamik ginn och an enger grousser Villfalt vu Felder applizéiert, wéi a Kraaftwierker, Autoen a Rakéiten. Kuckt d'Figur 2.
Basics vun Thermodynamik
Energie (E)
Eegentum vun iergend engem materiellen oder net-materielle Kierper oder System dee ka transforméiert ginn andeems en seng Situatioun oder Staat ännert. Et gëtt och definéiert als Potenzial oder Fäegkeet fir Matière ze bewegen. An der Figur 3 kënnt Dir e puer Energiequelle gesinn.
Forme vun Energie
Energie kënnt a ville Formen, wéi Wand, elektresch, mechanesch, Atomenergie, ënner anerem. An der Studie vun der Thermodynamik gi kinetesch Energie, potenziell Energie an intern Energie vu Kierper benotzt. D'kinetesch Energie (Ec) ass mat der Geschwindegkeet, der potenzieller Energie (Ep) mat der Héicht an der interner Energie (U) mat der Bewegung vun den internen Molekülen ze dinn. Kuckt d'Figur 4.
Hëtzt (Q):
Transfert vun thermescher Energie tëscht zwee Kierper déi bei verschiddenen Temperaturen sinn. Hëtzt gëtt a Joule, BTU, Pond-Féiss oder a Kalorien gemooss.
Temperatur (T):
Et ass eng Moossnam vun der kinetescher Energie vun den Atomer oder Molekülen, déi all materiell Objet ausmaachen. Et moosst de Grad vun der Agitation vun den interne Moleküle vun engem Objet, vu senger thermescher Energie. Wat méi grouss d'Bewegung vun de Molekülen, wat d'Temperatur méi héich ass. Et gëtt a Grad Celsius, Grad Kelvin, Grad Rankine, oder Grad Fahrenheit gemooss. An der Figur 5 gëtt d'Equivalenz tëscht e puer Temperaturschuelen presentéiert.
Thermodynamesch Prinzipien
D'Studie vun Energietransformatiounen an der Thermodynamik baséiert op véier Gesetzer. Déi éischt an zweet Gesetzer si bezunn op d'Qualitéit an d'Quantitéit vun der Energie; wärend déi drëtt a véiert Gesetzer mat thermodynameschen Eegeschafte bezunn sinn (Temperatur an Entropie). Kuckt d'Figuren 6 a 7.
Éischt Gesetz vun der Thermodynamik:
Dat éischt Gesetz setzt de Prinzip vun der Erhaalung vun der Energie fest. Energie ka vun engem Kierper an en anert transferéiert ginn, oder an eng aner Form vun Energie geännert ginn, awer et gëtt ëmmer konservéiert, sou datt de Gesamtbetrag vun Energie ëmmer konstant bleift.
Eng Skate-Ramp ass e gutt Beispill vum Gesetz vum Konservatioun vun Energie, wou et fonnt gëtt datt Energie net erstallt oder zerstéiert gëtt, awer an eng aner Zort Energie transforméiert gëtt. Fir e Skater wéi deen an der Figur 8, wann nëmmen d'Gravitatiounskraaft beaflosst, musse mir:
- Positioun 1: Wann de Skater uewen op der Ramp ass, huet hien intern Energie a potenziell Energie wéinst der Héicht op där hien ass, awer seng kinetesch Energie ass null well hien net a Bewegung ass (Geschwindegkeet = 0 m / s).
- Positioun 2: Wéi de Skater ufänkt mat der Ramp ze rutschen, fällt d'Héicht of, reduzéiert d'intern Energie an déi potenziell Energie, awer erhéicht seng kinetesch Energie, well seng Geschwindegkeet eropgeet. D'Energie gëtt a kinetesch Energie transforméiert. Wann de Skater den ënneschten Punkt vun der Ramp (Positioun 2) erreecht, ass seng potenziell Energie Null (Héicht = 0m), wärend hien déi héchst Geschwindegkeet a senger Rees duerch d'Ramp kritt.
- Positioun 3: Wéi d'Ramp eropgeet, verléiert de Skater d'Geschwindegkeet, reduzéiert seng kinetesch Energie, awer d'intern Energie klëmmt, an déi potenziell Energie, wann hien Héicht gewënnt.
Zweet Gesetz vun der Thermodynamik:
Dat zweet Gesetz ass bezunn op d '"Qualitéit" vun der Energie, bei der Optiméierung vun der Konversioun an / oder der Iwwerdroung vun der Energie. Dëst Gesetz setzt fest datt an echte Prozesser d'Qualitéit vun der Energie éischter erofgeet. D'Definitioun vun der thermodynamescher Eegeschaft "Entropie" gëtt agefouert. An den Erklärunge vum zweete Gesetz gëtt et etabléiert wéini e Prozess ka optrieden a wann et net kann, och wann dat éischt Gesetz weider respektéiert gëtt. Kuckt d'Figur 9.
Null Gesetz:
D'Nullgesetz seet datt wann zwee Systemer am Gläichgewiicht mat engem Drëttel am Gläichgewiicht matenee sinn. Zum Beispill, fir Figure 10, wann A am thermesche Gläichgewiicht mat C ass, an C am thermesche Gläichgewiicht mat B ass, dann ass A am thermesche Gläichgewiicht mat B.
Aner Konzepter vum TErmodynamik
System
En Deel vum Universum deen interesséiert oder studéiert ass. Fir d'Coupe Kaffi an der Figure 11 ass de "System" den Inhalt vun der Coupe (Kaffi) wou den Transfer vun der thermescher Energie kann studéiert ginn. Kuckt d'Figur 12. [4]
Ëmwelt
Et ass de Rescht vum Universum baussent dem studéierte System. An der Figure 12 gëtt de Kaffisbecher als "Grenz" bezeechent datt de Kaffi (System) enthält a wat ausserhalb vun der Coupe (Grenz) ass dat "Ëmfeld" vum System.
Thermodynamescht Gläichgewiicht
Staat an deem d'Eegeschafte vum System gutt definéiert sinn a variéieren net mat der Zäit. Wann e System thermescht Gläichgewiicht, mechanescht Gläichgewiicht a chemescht Gläichgewiicht presentéiert, ass et am "thermodynamesche Gläichgewiicht". Am Gläichgewiicht kann e System säin Zoustand net änneren, ausser en externen Agent wierkt drop. Kuckt d'Figur 13.
Paréiert
Entitéit déi Interaktiounen tëscht Systemer erlaabt oder verhënnert. Wann d'Mauer de Passage vu Substanz erlaabt, gëtt gesot datt et eng permeabel Mauer ass. Eng adiabatesch Mauer ass eng déi den Hëtzttransfer tëscht zwee Systemer net erlaabt. Wann d'Mauer den Transfert vun thermescher Energie erlaabt ass et eng diathermesch Mauer genannt. Kuckt d'Figur 14.
CONCLUSIONS
Energie ass d'Fäegkeet Matière ze bewegen. Dëst kann transforméiert ginn andeems seng Situatioun oder Staat geännert gëtt.
Thermodynamik ass eng Wëssenschaft déi den Austausch an d'Transformatioune vun Energie a Prozesser studéiert. D'Studie vun Energietransformatiounen an der Thermodynamik baséiert op véier Gesetzer. Déi éischt an zweet Gesetzer si bezunn op d'Qualitéit an d'Quantitéit vun der Energie; wärend déi drëtt a véiert Gesetzer mat thermodynameschen Eegeschafte bezunn sinn (Temperatur an Entropie).
Temperatur ass eng Moossnam vum Grad vun der Opreegung vun de Molekülen, déi e Kierper ausmaachen, wärend Hëtzt den Transfer vun der thermescher Energie tëscht zwee Kierper ass, déi bei verschiddenen Temperaturen sinn.
Thermodynamescht Gläichgewiicht existéiert wann de System gläichzäiteg am thermesche Gläichgewiicht, mechanesche Gläichgewiicht a chemesche Gläichgewiicht ass.
Merci Notiz: Fir d'Entwécklung vun dësem Artikel hu mir d'Éier de Rot vun der ze hunn Ing. Marisol Pino, Spezialist fir Industriellen Instrumenter a Kontroll.