Термодинамика, што е тоа и нејзините апликации

Термодинамиката е наука заснована на проучување на енергијата. Термодинамичките процеси се случуваат секојдневно во секојдневниот живот, во домовите, во индустријата, со трансформација на енергијата, како што се опрема за климатизација, фрижидери, автомобили, котли, меѓу другите. Оттука, важноста на изучувањето на Термодинамиката, заснована на четири основни закони што ги воспоставуваат врските помеѓу квалитетот и квантитетот на енергијата и термодинамичките својства.

За да се разберат законите на Термодинамиката, на лесен начин, треба да се започне од некои основни концепти што се изложени подолу, како што се енергијата, топлината, температурата, меѓу другите.

Ве покануваме да ја видите статијата Моќта на законот за Ват (апликации - вежби)

Термодинамика

Малку историја:

Термодинамиката ги проучува размените и трансформациите на енергијата во процесите. Веќе во 1600-тите, Галилео започна да спроведува студии во оваа област, со пронаоѓање на стаклен термометар и врска на густината на течноста и неговата температура.

Со индустриската револуција, се вршат студии за познавање на односите помеѓу топлината, работата и енергијата на горивата, како и за подобрување на перформансите во парните мотори, појавувајќи ја Термодинамиката како наука за студии, од 1697 година со парната машина на Томас Савери. Првиот и вториот закон за термодинамика се основани во 1850 година. Многу научници како Jул, Келвин, Клаузиус, Болцман, Карно, Клапејрон, Гибс, Максвел, меѓу другите, придонеле за развојот на оваа наука, „Термодинамика“.

Што е термодинамика?

Термодинамиката е наука која ги проучува енергетските трансформации. Бидејќи првично се проучуваше како да се трансформира топлината во моќност, во парните мотори, грчките зборови „термос“ и „динамис“ беа користени за именување на оваа нова наука, формирајќи го зборот „термодинамика“. Погледнете ја сликата 1.

Термодинамички апликации

Областа на примена на термодинамиката е многу широка. Трансформацијата на енергијата се јавува во повеќе процеси од човечкото тело, со варење на храната, дури и во бројни индустриски процеси за производство на производи. Во домовите има и уреди каде меѓу другото се применува термодинамика на пегли, бојлери, климатизери. Принципите на термодинамиката се применуваат и во широк спектар на области, како што се во електраните, автомобилите и ракетите. Погледнете ја сликата 2.

Основи на Термодинамика

Енергија (Е)

Сопственост на кое било материјално или нематеријално тело или систем што може да се трансформира со изменување на нејзината состојба или состојба. Исто така, се дефинира како потенцијал или можност за движење на материјата. На слика 3 можете да видите некои извори на енергија.

Форми на енергија

Енергијата доаѓа во многу форми, како што се ветерот, електричната, механичката, нуклеарната енергија, меѓу другите. Во студијата за термодинамика, се користи кинетичка енергија, потенцијална енергија и внатрешна енергија на телата. Кинетичката енергија (Ec) е поврзана со брзината, потенцијалната енергија (Ep) со висината и внатрешната енергија (U) со движењето на внатрешните молекули. Погледнете ја сликата 4.

Топлина (П):

Пренос на топлинска енергија помеѓу две тела кои се на различни температури. Топлината се мери во ouул, BTU, фунти или калории.

Температура (Т):

Тоа е мерка на кинетичката енергија на атомите или молекулите што го сочинуваат кој било материјален предмет. Го мери степенот на возбуда на внатрешните молекули на објектот, на неговата топлинска енергија. Колку е поголемо движењето на молекулите, толку е поголема температурата. Се мери во степени Целзиусови, степени Келвини, степени Ранкин или степени Фаренхајтови. На слика 5 е претставена еквивалентноста помеѓу некои температурни скали.

Термодинамички принципи

Студијата за енергетски трансформации во термодинамиката се заснова на четири закони. Првиот и вториот закон се поврзани со квалитетот и квантитетот на енергијата; додека третиот и четвртиот закон се поврзани со термодинамичките својства (температура и ентропија). Погледнете ги сликите 6 и 7.

Прв закон за термодинамика:

Првиот закон го воспоставува принципот на зачувување на енергијата. Енергијата може да се пренесе од едно тело во друго или да се смени во друга форма на енергија, но таа е секогаш зачувана, така што вкупната количина на енергија секогаш останува постојана.

Плетката за лизгање е добар пример за Законот за зачувување на енергијата, каде што се открива дека енергијата не се создава или уништува, туку се трансформира во друг вид енергија. За скејтер како оној на слика 8, кога влијае само гравитационата сила, ние треба:

• Позиција 1: Кога лизгачот е на врвот на рампата, тој има внатрешна енергија и потенцијална енергија поради висината на која се наоѓа, но неговата кинетичка енергија е нула бидејќи тој не е во движење (брзина = 0 m / s).
• Позиција 2: Како што лизгачот почнува да се лизга по рампата, висината се намалува, намалувајќи ја внатрешната енергија и потенцијалната енергија, но зголемувајќи ја неговата кинетичка енергија, како што се зголемува неговата брзина. Енергијата се трансформира во кинетичка енергија. Кога лизгачот ќе ја достигне најниската точка на рампата (позиција 2), неговата потенцијална енергија е нула (висина = 0м), додека најголемата брзина ја стекнува при патувањето по рампата.
• Позиција 3: Како што се зголемува рампата, скејтер ја губи брзината, намалувајќи ја својата кинетичка енергија, но внатрешната енергија се зголемува и потенцијалната енергија, како што добива висина.

Втор закон за термодинамика:

Вториот закон е поврзан со „квалитетот“ на енергијата, при оптимизирање на конверзијата и / или преносот на енергијата. Овој закон утврдува дека во реални процеси квалитетот на енергијата има тенденција да се намалува. Воведена е дефиниција за термодинамичкото својство „ентропија“. Во изјавите на вториот закон, се утврдува кога може да се случи процес и кога не може, дури и ако првиот закон продолжи да се почитува. Погледнете ја сликата 9.

Нула закон:

Нуланиот закон вели дека ако два системи се во рамнотежа со третиот, тие се во рамнотежа едни со други. На пример, за Слика 10, ако А е во топлинска рамнотежа со С, а Ц е во топлинска рамнотежа со Б, тогаш А е во топлинска рамнотежа со Б.

Други концепти на Т.ермодинамика

систем

Дел од универзумот што е од интерес или проучување. За шолјата кафе на слика 11, „системот“ е содржината на шолјата (кафето) каде што може да се изучува преносот на топлинска енергија. Погледнете ја сликата 12. [4]

Животна средина

Тоа е остатокот од универзумот надворешен на системот што се изучува. На слика 12, шолјата за кафе се смета за „граница“ што содржи кафе (систем), а она што е надвор од шолјата (граница) е „околина“ на системот.

Термодинамичка рамнотежа

Држава во која својствата на системот се добро дефинирани и не се разликуваат со текот на времето. Кога системот претставува термичка рамнотежа, механичка рамнотежа и хемиска рамнотежа, тој е во „термодинамичка рамнотежа“. Во рамнотежа, системот не може да ја измени својата состојба освен ако надворешен агент не дејствува врз него. Погледнете слика 13.

Паред

Ентитет што дозволува или спречува интеракции помеѓу системите. Ако theидот дозволува премин на супстанција, се вели дека е пропустлив wallид. Адијабатски wallид е оној што не дозволува пренос на топлина помеѓу два система. Кога theидот дозволува пренесување на топлинска енергија се нарекува дијатермичен ид. Погледнете слика 14.

Заклучоци

Енергијата е способност да се движи материјата. Ова може да се трансформира со изменување на нејзината состојба или состојба.

Термодинамиката е наука која ги проучува размените и трансформациите на енергијата во процесите. Студијата за енергетски трансформации во термодинамиката се заснова на четири закони. Првиот и вториот закон се поврзани со квалитетот и квантитетот на енергијата; додека третиот и четвртиот закон се поврзани со термодинамичките својства (температура и ентропија).

Температурата е мерка за степенот на вознемиреност на молекулите што го сочинуваат телото, додека топлината е пренос на топлинска енергија помеѓу две тела кои се на различни температури.

Термодинамичка рамнотежа постои кога системот е истовремено во термичка рамнотежа, механичка рамнотежа и хемиска рамнотежа.

Ви благодариме: За развојот на овој напис ја имавме честа да имаме совет од Инг. Марисол Пино, специјалист за индустриска инструментација и контрола.