Termodinamika, kas tas ir, un tā pielietojums

Termodinamika ir zinātne, kuras pamatā ir enerģijas izpēte. Termodinamiskie procesi notiek ikdienā ikdienā, mājās, rūpniecībā, transformējoties enerģijai, piemēram, gaisa kondicionēšanas iekārtās, ledusskapjos, automašīnās, katlos, cita starpā. Līdz ar to ir svarīgs termodinamikas pētījums, kura pamatā ir četri pamatlikumi, kas nosaka attiecības starp enerģijas kvalitāti un daudzumu un termodinamiskajām īpašībām.

Lai viegli saprastu termodinamikas likumus, ir jāsāk no dažiem pamatjēdzieniem, kas ir pakļauti zemāk, piemēram, enerģija, siltums, temperatūra, cita starpā.

Mēs aicinām jūs apskatīt rakstu Vata likuma spēks (pielietojums - vingrinājumi)

Termodinamika

Nedaudz vēstures:

Termodinamika pēta enerģijas apmaiņu un transformācijas procesos. Jau 1600. gados Galileo sāka veikt pētījumus šajā jomā, izgudrojot stikla termometru, kā arī šķidruma blīvuma un tā temperatūras attiecību.

Līdz ar industriālo revolūciju tiek veikti pētījumi, lai uzzinātu siltuma, darba un degvielas enerģijas attiecības, kā arī uzlabotu tvaika dzinēju darbību, topošo termodinamiku kā studiju zinātni, sākot ar 1697. gadu ar Tomasa Saverija tvaika dzinēju. . Pirmais un otrais termodinamikas likums tika izveidots 1850. gadā. Daudzi zinātnieki, piemēram, Džouls, Kelvins, Klauzijs, Boltzmans, Karnots, Klapeirons, Gibs, Maksvels, cita starpā, veicināja šīs zinātnes "Termodinamika" attīstību.

Kas ir termodinamika?

Termodinamika ir zinātne, kas pēta enerģijas pārveidojumus. Tā kā sākotnēji tika pētīts, kā siltumu pārveidot par enerģiju, tvaika dzinējos šīs jaunās zinātnes nosaukšanai tika izmantoti grieķu vārdi "termoss" un "dynamis", veidojot vārdu "termodinamika". Skatīt 1. attēlu.

Termodinamiskie pielietojumi

Termodinamikas pielietošanas joma ir ļoti plaša. Enerģijas pārveidošana notiek vairākos procesos no cilvēka ķermeņa līdz ar pārtikas sagremošanu līdz daudziem rūpnieciskiem procesiem produktu ražošanai. Mājās ir arī ierīces, kurās termodinamika tiek piemērota, piemēram, gludekļiem, ūdens sildītājiem, gaisa kondicionieriem. Termodinamikas principi tiek piemēroti arī visdažādākajās jomās, piemēram, elektrostacijās, automašīnās un raķetēs. Skatīt 2. attēlu.

Pamati Termodinamika

Enerģija (E)

Jebkura materiāla vai nemateriāla ķermeņa vai sistēmas īpašums, kuru var pārveidot, modificējot tā stāvokli vai stāvokli. To definē arī kā potenciālu vai spēju pārvietot matēriju. 3. attēlā jūs varat redzēt dažus enerģijas avotus.

Enerģijas formas

Enerģija izpaužas dažādos veidos, piemēram, vēja, elektriskā, mehāniskā, kodolenerģija. Pētot termodinamiku, tiek izmantota kinētiskā enerģija, potenciālā enerģija un ķermeņu iekšējā enerģija. Kinētiskā enerģija (Ec) ir saistīta ar ātrumu, potenciālo enerģiju (Ep) ar augstumu un iekšējo enerģiju (U) ar iekšējo molekulu kustību. Skatīt 4. attēlu.

Karstums (Q):

Siltumenerģijas nodošana starp diviem ķermeņiem, kas atrodas dažādās temperatūrās. Siltumu mēra džoulos, BTU, mārciņās vai kalorijās.

Temperatūra (T):

Tas ir visu materiālo objektu veidojošo atomu vai molekulu kinētiskās enerģijas mērs. Tas mēra objekta iekšējo molekulu, tā siltuma enerģijas uzbudinājuma pakāpi. Jo lielāka ir molekulu kustība, jo augstāka temperatūra. To mēra grādos pēc Celsija, Kelvina grādos, Rankines grādos vai Fārenheita grādos. 5. attēlā ir parādīta dažu temperatūras skalu līdzvērtība.

Termodinamiskie principi

Enerģijas transformāciju pētījums termodinamikā balstās uz četriem likumiem. Pirmais un otrais likums ir saistīts ar enerģijas kvalitāti un daudzumu; savukārt trešais un ceturtais likums ir saistīts ar termodinamiskām īpašībām (temperatūra un entropija). Skatīt 6. un 7. attēlu.

Pirmais termodinamikas likums:

Pirmais likums nosaka enerģijas saglabāšanas principu. Enerģiju var pārnest no viena ķermeņa uz otru vai mainīt uz citu enerģijas veidu, taču tā vienmēr tiek saglabāta, tāpēc kopējais enerģijas daudzums vienmēr paliek nemainīgs.

Slidotava ir labs enerģijas saglabāšanas likuma piemērs, kur atklājas, ka enerģija netiek radīta vai iznīcināta, bet tiek pārveidota par cita veida enerģiju. Tādam slidotājam kā 8. attēlā, kad ietekmē tikai gravitācijas spēks, mums:

• 1. pozīcija: Kad slidotājs atrodas uzbrauktuves augšdaļā, viņam ir iekšējā enerģija un potenciālā enerģija augstuma dēļ, kurā viņš atrodas, bet viņa kinētiskā enerģija ir nulle, jo viņš nav kustībā (ātrums = 0 m / s).
• 2. pozīcija: Kad slidotājs sāk slīdēt pa rampu, augstums samazinās, samazinoties iekšējai enerģijai un potenciālajai enerģijai, bet palielinoties kinētiskajai enerģijai, pieaugot ātrumam. Enerģija tiek pārveidota par kinētisko enerģiju. Kad slidotājs sasniedz zemāko rampas punktu (2. pozīcija), viņa potenciālā enerģija ir nulle (augstums = 0m), savukārt braucienā pa rampu viņš iegūst lielāko ātrumu.
• 3. pozīcija: Kad uzbrauktuve iet uz augšu, slidotājs zaudē ātrumu, samazinot kinētisko enerģiju, bet, pieaugot augstumam, iekšējā enerģija palielinās un potenciālā enerģija.

Otrais termodinamikas likums:

Otrais likums ir saistīts ar enerģijas "kvalitāti" enerģijas pārveidošanas un / vai pārvades optimizācijā. Šis likums nosaka, ka reālos procesos enerģijas kvalitāte mēdz samazināties. Tiek ieviesta termodinamiskās īpašības "entropija" definīcija. Otrā likuma paziņojumos ir noteikts, kad process var notikt un kad tas nevar notikt, pat ja pirmais likums turpina tikt izpildīts. Skatīt 9. attēlu.

Nulles likums:

Nulles likums nosaka, ka, ja divas sistēmas ir līdzsvarā ar trešo, tās atrodas līdzsvarā viena ar otru. Piemēram, 10. attēlā, ja A atrodas siltuma līdzsvarā ar C un C ir siltuma līdzsvarā ar B, tad A ir termiskā līdzsvarā ar B.

Citi T jēdzieniermodinamika

Sistēma

Daļa no Visuma, kas interesē vai pēta. Kafijas tasītei 11. attēlā "sistēma" ir tases (kafijas) saturs, kurā var izpētīt siltumenerģijas pārnesi. Skatīt 12. attēlu. [4]

Vide

Tas ir pārējais Visums, kas ir ārpus pētāmās sistēmas. 12. attēlā kafijas tasi uzskata par "robežu", kurā atrodas kafija (sistēma), un tas, kas atrodas ārpus tases (apmales), ir sistēmas "vide".

Termodinamiskais līdzsvars

Stāvoklis, kurā sistēmas īpašības ir labi definētas un laika gaitā nemainās. Ja sistēmai piemīt siltuma līdzsvars, mehāniskais līdzsvars un ķīmiskais līdzsvars, tā atrodas “termodinamiskajā līdzsvarā”. Līdzsvara stāvoklī sistēma nevar mainīt savu stāvokli, ja vien uz to nerīkojas ārējs aģents. Skatīt 13. attēlu.

Siena

Entītija, kas pieļauj vai novērš mijiedarbību starp sistēmām. Ja siena ļauj vielu šķērsot, tiek uzskatīts, ka tā ir caurlaidīga siena. Adiabātiskā siena ir tāda, kas nepieļauj siltuma pārnesi starp divām sistēmām. Kad siena ļauj nodot siltumenerģiju, to sauc par diatermisko sienu. Skatīt 14. attēlu.

Secinājumi

Enerģija ir spēja pārvietot matēriju. To var pārveidot, modificējot tā stāvokli vai stāvokli.

Termodinamika ir zinātne, kas pēta enerģijas apmaiņu un transformācijas procesos. Enerģijas transformāciju pētījums termodinamikā balstās uz četriem likumiem. Pirmais un otrais likums ir saistīts ar enerģijas kvalitāti un daudzumu; savukārt trešais un ceturtais likums ir saistīts ar termodinamiskām īpašībām (temperatūra un entropija).

Temperatūra ir ķermeņa veidojošo molekulu uzbudinājuma pakāpes mērījums, savukārt siltums ir siltuma enerģijas pārnese starp diviem ķermeņiem, kas atrodas dažādās temperatūrās.

Termodinamiskā līdzsvars pastāv, kad sistēma vienlaikus atrodas siltuma līdzsvarā, mehāniskajā līdzsvarā un ķīmiskajā līdzsvarā.

Paldies: Šī raksta izstrādē mums ir bijis tas gods saņemt Ing. Marisola Pino, rūpniecisko instrumentu un vadības speciāliste.