Termodinamika, kas tai yra ir jos pritaikymas

Termodinamika yra mokslas, pagrįstas energijos tyrimais. Termodinaminiai procesai vyksta kasdieniame gyvenime, namuose, pramonėje, transformuojant energiją, pavyzdžiui, oro kondicionavimo įrangoje, šaldytuvuose, automobiliuose, katiluose ir kt. Taigi svarbu atlikti termodinamikos tyrimą, pagrįstą keturiais pagrindiniais dėsniais, nustatančiais energijos kokybės ir kiekio bei termodinaminių savybių ryšius.

Norint lengvai suprasti termodinamikos dėsnius, reikia pradėti nuo kai kurių pagrindinių sąvokų, kurios yra veikiamos žemiau, tokių kaip energija, šiluma, temperatūra ir kt.

Kviečiame pamatyti straipsnį Vato dėsnio galia (taikymai - pratybos)

Termodinamika

Šiek tiek istorijos:

Termodinamika tiria energijos mainus ir transformacijas procesuose. Jau 1600-aisiais „Galileo“ pradėjo vykdyti šios srities tyrimus, išradęs stiklo termometrą, skysčio tankio ir jo temperatūros santykį.

Pramonės revoliucijos metu atliekami tyrimai, siekiant sužinoti šilumos, darbo ir kuro energijos sąsajas, taip pat pagerinti garo variklių veikimą, atsirandančią termodinamiką, kaip studijų mokslą, nuo 1697 m. Su Thomaso Savery garo varikliu. Pirmasis ir antrasis termodinamikos dėsniai buvo sukurti 1850 m. Daugelis mokslininkų, pavyzdžiui, Joule'as, Kelvinas, Clausiusas, Boltzmannas, Carnotas, Clapeyronas, Gibbasas, Maxwellas, be kita ko, prisidėjo prie šio mokslo "Termodinamikos" plėtojimo.

Kas yra termodinamika?

Termodinamika yra mokslas, tiriantis energijos virsmus. Kadangi iš pradžių buvo tiriama, kaip šilumą paversti energija, garo varikliuose šiam naujam mokslui pavadinti buvo vartojami graikiški žodžiai „termosas“ ir „dinamikas“, sudarantys žodį „termodinamika“. Žr. 1 paveikslą.

Termodinaminės programos

Termodinamikos taikymo sritis yra labai plati. Energijos transformacija vyksta daugeliu procesų, pradedant žmogaus kūnu, suvirškinant maistą, į daugybę pramoninių procesų, skirtų produktams gaminti. Namuose taip pat yra prietaisų, kuriuose termodinamika taikoma, be kita ko, lygintuvams, vandens šildytuvams, oro kondicionieriams. Termodinamikos principai taip pat taikomi įvairiausiose srityse, pavyzdžiui, elektrinėse, automobiliuose ir raketose. Žr. 2 paveikslą.

Pagrindai Termodinamika

Energija (E)

Bet kokio materialaus ar nematerialaus kūno ar sistemos savybė, kurią galima pakeisti keičiant jos padėtį ar būseną. Tai taip pat apibrėžiama kaip potencialas ar sugebėjimas judinti materiją. 3 paveiksle galite pamatyti keletą energijos šaltinių.

Energijos formos

Energija būna įvairi, pavyzdžiui, vėjo, elektros, mechaninė, branduolinė energija. Tiriant termodinamiką naudojama kinetinė energija, potenciali energija ir kūnų vidinė energija. Kinetinė energija (Ec) yra susijusi su greičiu, potencialia energija (Ep) su aukščiu ir vidine energija (U) su vidinių molekulių judėjimu. Žr. 4 paveikslą.

Šiluma (Q):

Šilumos energijos perdavimas tarp dviejų kūnų, esančių skirtingoje temperatūroje. Šiluma matuojama džauliais, BTU, svarais pėdomis arba kalorijomis.

Temperatūra (T):

Tai yra atomų ar molekulių, sudarančių bet kokį materialų objektą, kinetinės energijos matas. Jis matuoja objekto vidinių molekulių, jo šiluminės energijos maišymo laipsnį. Kuo didesnis molekulių judėjimas, tuo aukštesnė temperatūra. Jis matuojamas Celsijaus laipsniais, Kelvino laipsniais, Rankine laipsniais arba Fahrenheito laipsniais. 5 paveiksle pateiktas kai kurių temperatūros skalių atitikmuo.

Termodinaminiai principai

Energijos transformacijų termodinamikoje tyrimas yra pagrįstas keturiais dėsniais. Pirmasis ir antrasis dėsniai yra susiję su energijos kokybe ir kiekiu; o trečiasis ir ketvirtasis dėsniai yra susiję su termodinaminėmis savybėmis (temperatūra ir entropija). Žr. 6 ir 7 paveikslus.

Pirmasis termodinamikos dėsnis:

Pirmasis įstatymas nustato energijos taupymo principą. Energija gali būti perkelta iš vieno kūno į kitą arba pakeista kita energijos forma, tačiau ji visada yra išsaugoma, todėl bendras energijos kiekis visada išlieka pastovus.

Čiuožimo rampa yra geras energijos išsaugojimo dėsnio pavyzdys, kai nustatoma, kad energija nėra sukurta ar sunaikinta, bet transformuojama į kitą energijos rūšį. Tokiam čiuožėjui, koks pavaizduotas 8 paveiksle, kai įtaką daro tik gravitacinė jėga, turime:

• 1 pozicija: Kai čiuožėjas yra rampos viršuje, jis turi vidinę energiją ir potencialią energiją dėl aukščio, kuriame jis yra, tačiau jo kinetinė energija yra lygi nuliui, nes jis nejuda (greitis = 0 m / s).
• 2 pozicija: Kai čiuožėjas pradeda slinkti žemyn rampa, aukštis mažėja, sumažėja vidinė energija ir potenciali energija, tačiau padidėja jo kinetinė energija, nes jo greitis didėja. Energija virsta kinetine energija. Kai čiuožėjas pasiekia žemiausią rampos tašką (2 padėtis), jo potenciali energija yra lygi nuliui (aukštis = 0m), o jis pasiekia didžiausią greitį rampoje.
• 3 pozicija: Kai rampa kyla aukštyn, čiuožėjas praranda greitį, sumažindamas savo kinetinę energiją, tačiau vidinė energija padidėja ir potenciali energija, kai jis gauna aukštį.

Antrasis termodinamikos dėsnis:

Antrasis dėsnis yra susijęs su energijos „kokybe“, optimizuojant energijos konversiją ir (arba) perdavimą. Šis įstatymas nustato, kad realiuose procesuose energijos kokybė linkusi mažėti. Pateikiamas termodinaminės savybės „entropija“ apibrėžimas. Antrojo dėsnio teiginiuose nustatyta, kada procesas gali įvykti, o kada negali, net jei ir toliau laikomasi pirmojo dėsnio. Žr. 9 paveikslą.

Nulis įstatymas:

Nulio įstatymas teigia, kad jei dvi sistemos yra pusiausvyroje su trečdaliu, jos yra pusiausvyroje viena su kita. Pavyzdžiui, 10 paveiksle, jei A yra šiluminėje pusiausvyroje su C, o C yra šiluminėje pusiausvyroje su B, tada A yra šiluminėje pusiausvyroje su B.

Kitos T sąvokosermodinamika

Sistema

Visatos dalis, kuri domina ar studijuoja. Kavos puodeliui, pateiktam 11 paveiksle, „sistema“ yra puodelio (kavos) turinys, kuriame galima tirti šiluminės energijos perdavimą. Žr. 12 paveikslą. [4]

Aplinka

Tai likusi visatos dalis, nepriklausanti tiriamai sistemai. 12 paveiksle kavos puodelis laikomas „krašteliu“, kuriame yra kava (sistema), o kas yra už puodelio (krašto), yra sistemos „aplinka“.

Termodinaminė pusiausvyra

Būsena, kurioje sistemos savybės yra gerai apibrėžtos ir laikui bėgant nesikeičia. Kai sistemoje yra šiluminė pusiausvyra, mechaninė pusiausvyra ir cheminė pusiausvyra, ji yra „termodinaminėje pusiausvyroje“. Pusiausvyroje sistema negali modifikuoti savo būsenos, nebent ją veikia išorinis agentas. Žr. 13 paveikslą.

Siena

Subjektas, leidžiantis arba neleidžiantis sąveikauti tarp sistemų. Jei siena leidžia medžiagai prasiskverbti, sakoma, kad tai yra pralaidi siena. Adiabatinė siena yra tokia, kuri neleidžia šilumos perduoti tarp dviejų sistemų. Kai siena leidžia perduoti šiluminę energiją, ji vadinama diatermine siena. Žr. 14 paveikslą.

Išvados

Energija yra galimybė judinti materiją. Tai galima pakeisti, modifikuojant jo padėtį ar būseną.

Termodinamika yra mokslas, tiriantis energijos mainus ir transformacijas procesuose. Energijos transformacijų termodinamikoje tyrimas yra pagrįstas keturiais dėsniais. Pirmasis ir antrasis dėsniai yra susiję su energijos kokybe ir kiekiu; o trečiasis ir ketvirtasis dėsniai yra susiję su termodinaminėmis savybėmis (temperatūra ir entropija).

Temperatūra yra kūną sudarančių molekulių sujaudinimo laipsnio matas, o šiluma - šilumos energijos perdavimas tarp dviejų kūnų, kurių temperatūra yra skirtinga.

Termodinaminė pusiausvyra egzistuoja, kai sistema tuo pačiu metu yra šiluminėje, mechaninėje ir cheminėje pusiausvyroje.

Ačiū: Kurdami šį straipsnį mes turėjome garbės turėti patarimą Ing. Marisol Pino, pramonės instrumentų ir valdymo specialistas.