Термодинамички принципи

За да се разбере, на лесен начин, широкиот и сложен свет на термодинамика, се препорачува чекор по чекор да започнеме со преглед на основните термини, вовед во термодинамичките принципи, а потоа подлабоко да ги проучуваме термодинамичките закони, како тие се изразуваат математички. и неговите примени.

Со четирите закони на термодинамиката (нула закон, прв закон, втор закон и трет закон), опишано е како функционираат трансферите и трансформациите на енергијата помеѓу различни системи; да биде основа за разбирање на многу физичко-хемиски појави на природата.

Преглед на основните концепти

Ве покануваме да ја видите статијата ТЕРМОДИНАМИКА, што е тоа и нејзините апликации

Овие информации можете да ги надополните со написот Моќта на законот за Ват (апликации - вежби) За сега СЛЕДИМЕ ...

Форми на енергија

Енергијата, сопственост на телата да се трансформираат со изменување на нивната состојба или состојба, доаѓа во многу форми, како на пр кинетичка енергија, потенцијална енергија и внатрешна енергија на телата. Погледнете ја сликата 1.

Работи

Тоа е производ на сила и поместување, и двете измерени во иста насока. За да се пресмета работата, се користи компонентата на силата што е паралелна со поместувањето на објектот. Работата се мери во Nm, Joule (J), ft.lb-f или BTU. Погледнете ја сликата 2.

Топлина (П)

Пренос на топлинска енергија помеѓу две тела кои се на различни температури, и тоа се случува само во смисла дека температурата се намалува. Топлината се мери во ouул, BTU, фунти или калории. Погледнете слика 3.

Термодинамички принципи

Нула закон - Нула принцип

Нуланиот закон за термодинамика вели дека ако два објекта, А и Б, се во топлинска рамнотежа едни со други, а објектот А е во рамнотежа со трет објект Ц, тогаш објектот Б е во термичка рамнотежа со објект Ц.Термичка рамнотежа се јавува кога две или повеќе тела се на иста температура. Погледнете ја сликата 4.

Овој закон се смета за основен закон за термодинамика. Беше постулиран како „Нула закон“, во 1935 година, бидејќи беше постулиран откако беа направени првиот и вториот закон за термодинамика.

Прв закон за термодинамика (принцип на зачувување на енергијата)

Изјава за првиот закон за термодинамика:

Првиот закон за термодинамика, познат и како принцип на зачувување на енергијата, вели дека енергијата не се создава или уништува, таа само се трансформира во друг вид на енергија или се пренесува од еден на друг предмет. Така, вкупната количина на енергија во универзумот не се менува.

Првиот закон е исполнет во „сè“, енергијата се пренесува и трансформира континуирано, на пример, во некои електрични уреди, како што се миксери и мешалки, електричната енергија се трансформира во механичка и топлинска енергија, во човечкото тело тие се трансформираат во хемиската енергија на храна што се внесува во кинетичка енергија кога телото е во движење или други примери како што се прикажани на слика 5.

Равенка на првиот закон за термодинамика:

Равенката на првиот закон во рамките на термодинамичките принципи ја изразува рамнотежата што мора да постои помеѓу различните видови на енергија во даден процес. Бидејќи, во затворените системи [1], размената на енергија може да се даде само со пренос на топлина, или со извршената работа (од или на системот), се утврдува дека енергетската варијација на системот е еднаква на збирот на енергетски трансфер преку топлина и преку работа. Погледнете ја сликата 6.

Имајќи предвид дека енергиите разгледани во овој енергетски биланс се кинетичка енергија, потенцијална енергија и внатрешна енергија [1], енергетскиот биланс за затворените системи останува како што е прикажано на слика 7.

• (ЕЦ) Кинетичка енергија , поради движење на тело;
• (Еп) Потенцијална енергија, поради положбата на телото во гравитационото поле;
• (ИЛИ) Внатрешна енергија, поради микроскопските придонеси на кинетичката и потенцијалната енергија на внатрешните молекули на телото.

Вежба 1.

Запечатен контејнер содржи супстанција, со почетна енергија од 10 kJ. Супстанцијата се меша со пропелер кој работи 500 J, додека изворот на топлина пренесува 20 kJ топлина на супстанцијата. Покрај тоа, 3kJ топлина се ослободува во воздухот за време на процесот. Одреди ја финалната енергија на супстанцијата. Погледнете ја сликата 8.

Решение:

На слика 9 можете да ја видите топлината што ја додава изворот на топлина, што се смета за „позитивно“ бидејќи ја зголемува енергијата на супстанцијата, топлината што се ослободува во воздухот, негативна бидејќи ја намалува енергијата на супстанцијата и работа на елисата, што ја зголеми енергијата зеде позитивен знак.

На слика 10 е претставен енергетскиот биланс, според првиот закон за термодинамика и се добива финалната енергија на супстанцијата.

Втор закон за термодинамика

Постојат неколку изјави за вториот закон за термодинамика: Изјава за Планк-Келвин, Клаузиус, Карно. Секој од нив покажува различен аспект на вториот закон. Општо земено, вториот закон за термодинамика постулатира:

• Насока на термодинамички процеси, неповратност на физичките појави.
• Ефикасноста на термичките машини.
• Внесете го имотот „ентропија“.

Насока на термодинамички процеси:

Спонтано по природа, енергијата тече или се пренесува од највисоката енергетска состојба во најниската енергетска состојба. Топлината тече од топли тела кон ладни тела, а не обратно. Погледнете слика 11.

Ефикасност или термички перформанси:

Според првиот закон за термодинамика, енергијата не се создава ниту уништува, но може да се трансформира или пренесе. Но, во сите трансфери или трансформации на енергија, количина од нив не е корисно да се работи. Како што енергијата се пренесува или трансформира, дел од почетната енергија се ослободува како топлинска енергија: енергијата се влошува, го губи квалитетот.

При секоја енергетска трансформација, количината на добиена енергија е секогаш помала од испорачаната енергија. Топлинска ефикасност е количина на топлина од изворот што се претвора во работа, односот помеѓу добиената корисна енергија и испорачаната енергија при трансформација. Погледнете ја сликата 12.

Термичка машина или топлинска машина:

Термичката машина е уред што делумно ја претвора топлината во работа или механичка енергија, за ова е потребен извор што снабдува топлина на висока температура.

Во термичките машини се користи супстанција како што се водена пареа, воздух или гориво. Супстанцијата претрпува низа термодинамички трансформации на цикличен начин, така што машината може да работи континуирано.

Вежба 2.

Моторот на товарно возило произведува топлина при согорување со согорување на бензин. За секој циклус на моторот, топлината од 5 kJ се претвора во 1kJ механичка работа. Која е ефикасноста на моторот? Колку топлина се ослободува за секој циклус на моторот? Погледнете слика 13

Решение:

За да се утврди ослободената топлина, се претпоставува дека во термичките машини мрежната работа е еднаква на нето преносот на топлина до системот. Погледнете слика 14.

Ентропија:

Ентропија е степен на случајност или нарушување во системот. Ентропијата овозможува квантифицирање на делот од енергијата што не може да се искористи за производство на работа, односно овозможува квантифицирање на неповратноста на термодинамичкиот процес.

Секој трансфер на енергија што се случува ја зголемува ентропијата на универзумот и ја намалува количината на употреблива енергија што е достапна за работа. Било кој термодинамички процес ќе продолжи во насока што ја зголемува вкупната ентропија на универзумот. Погледнете слика 15.

3-ти закон за термодинамика

Трет закон за термодинамика или Нерст постулат

Третиот закон за термодинамика е поврзан со температурата и ладењето. Во него се наведува дека ентропијата на системот при апсолутна нула е дефинитивна константа. Погледнете слика 16.

Апсолутната нула е најниската температура под која веќе нема помала мерка, таа е најстудена што може да биде едно тело. Апсолутна нула е 0 K, еквивалентно на -273,15 ºC.

Заклучок

Постојат четири термодинамички принципи. Во принципот нула е утврдено дека топлинската рамнотежа се јавува кога две или повеќе тела се на иста температура.

Првиот закон за термодинамика се однесува на зачувување на енергијата помеѓу процесите, додека вториот закон за термодинамика се однесува на насочноста од најниска до највисока ентропија и ефикасноста или перформансите на топлинските мотори кои ја претвораат топлината во работа.

Третиот закон за термодинамика е поврзан со температурата и ладењето, тој наведува дека ентропијата на системот при апсолутна нула е дефинитивна константа.