Термодинамикийн зарчим
Термодинамикийн өргөн, ээдрээтэй ертөнцийг хялбар аргаар ойлгохын тулд үндсэн нэр томъёоны тойм, термодинамикийн зарчмуудын танилцуулга, дараа нь термодинамикийн хуулиудыг хэрхэн гүнзгийрүүлэн судлахаас эхлээд алхам алхамаар явахыг зөвлөж байна. математикаар илэрхийлэгддэг. ба түүний хэрэглээ.
Термодинамикийн дөрвөн хуулийг (тэг хууль, нэгдүгээр хууль, хоёрдугаар хууль, гурав дахь хууль) ашиглан янз бүрийн системүүдийн хоорондох энергийн дамжуулалт ба хувиргалт хэрхэн ажилладагийг тайлбарласан болно; байгалийн физик химийн олон үзэгдлийг ойлгох үндэс суурь болно.
Үндсэн ойлголтуудын тойм
Та нийтлэлийг үзэхийг урьж байна Термодинамик, энэ юу вэ, түүний хэрэглээ
Та энэ мэдээллийг өгүүллээр нэмж болно Ватт хуулийн хүч (програмууд - дасгалууд) Одоогоор Бид дагаж мөрдөж байна ...
Эрчим хүчний хэлбэрүүд
Бие махбодийн нөхцөл байдал, төлөв байдлыг өөрчлөх замаар өөрсдийгөө хувиргах өмч болох энерги нь олон хэлбэртэй байдаг кинетик энерги, потенциал энерги ба биеийн дотоод энерги. Зураг 1-ийг үзнэ үү.
Ажил
Энэ нь хоёулаа нэг чиглэлд хэмжигдэх хүч ба шилжилтийн үр дүн юм. Ажлыг тооцоолохын тулд объектын нүүлгэн шилжүүлэлттэй зэрэгцэн орших хүчний бүрэлдэхүүн хэсгийг ашиглана. Ажлыг Nm, Joule (J), ft.lb-f эсвэл BTU хэмждэг. Зураг 2-ыг үзнэ үү.
Дулаан (Q)
Өөр өөр температурт байгаа хоёр биеийн хооронд дулааны энергийг шилжүүлэх ба энэ нь зөвхөн температур буурах гэсэн утгаар л тохиолддог. Дулааныг Joule, BTU, фунт фут эсвэл калориор хэмждэг. 3-р зургийг үзнэ үү.
Термодинамикийн зарчим
Тэг хууль - Тэг зарчим
Термодинамикийн тэг хууль нь А ба В гэсэн хоёр биетүүд бие биентэйгээ дулааны тэнцвэрт байгаа бол А объект гурав дахь объекттой тэнцвэртэй байвал В объект нь С объекттой дулааны тэнцвэрт байна гэж заасан байдаг. хоёр ба түүнээс дээш бие ижил температурт байх үед. Зураг 4-ийг үзнэ үү.
Энэ хуулийг термодинамикийн үндсэн хууль гэж үздэг. Термодинамикийн нэг ба хоёрдугаар хуулийг хийсний дараа үүнийг 1935 онд "Тэг хууль" гэж таамаглаж байжээ.
Термодинамикийн 1-р хууль (Эрчим хүчийг хадгалах зарчим)
Термодинамикийн нэгдүгээр хуулийн мэдэгдэл:
Эрчим хүчийг хадгалах зарчим гэж нэрлэдэг термодинамикийн нэгдүгээр хууль нь энергийг бүтээдэггүй, устгадаггүй, зөвхөн өөр төрлийн энерги болж хувирдаг, эсвэл нэг объектоос нөгөө объект руу шилждэг гэж заасан байдаг. Тиймээс орчлон ертөнцийн нийт энергийн хэмжээ өөрчлөгдөхгүй.
Эхний хууль нь "бүх зүйл" -д хэрэгждэг, энерги нь тасралтгүй шилжиж, өөрчлөгдөж байдаг, жишээлбэл, зарим цахилгаан төхөөрөмжүүд, тухайлбал холигч, холигч, цахилгаан энерги нь механик ба дулааны энерги болж хувирдаг, хүний биед тэдгээр нь химийн бодис болж хувирдаг. Биеийн хөдөлгөөнд орсон үед кинетик энерги рүү залгисан хүнсний энерги, эсвэл 5-р зурагт үзүүлсэн бусад жишээ.
Термодинамикийн нэгдүгээр хуулийн тэгшитгэл:
Термодинамикийн зарчмууд дахь эхний хуулийн тэгшитгэл нь тухайн процесст янз бүрийн төрлийн энергийн хооронд байх ёстой тэнцвэрийг илэрхийлдэг. Хаалттай системд [1] энергийн солилцоог зөвхөн дулаан дамжуулах замаар, эсвэл хийсэн ажилаар (системээр эсвэл систем дээр) өгч болох тул системийн энергийн хэлбэлзэл нь нийлбэртэй тэнцүү болохыг тогтоожээ. дулааны болон ажлын замаар эрчим хүч дамжуулах. Зураг 6-г үзнэ үү.
Энэхүү энергийн тэнцвэрт тооцогдох энерги нь кинетик энерги, потенциал энерги ба дотоод энерги болохыг харгалзан үзвэл хаалттай системийн энергийн баланс зураг 1-д үзүүлсэн хэвээр байна.
- (Эк) Кинетик энерги , биеийн хөдөлгөөний улмаас;
- (Эп) Боломжит эрчим хүч, биеийн татах хүчний талбайн байрлалаас шалтгаалан;
- (ЭСВЭЛ) Дотоод энерги, Биеийн дотоод молекулуудын кинетик ба потенциал энерги микроскопоор оруулсантай холбоотой.
Дасгал 1.
Битүүмжилсэн саванд 10 кЖ-ын анхны энерги бүхий бодис агуулагддаг. Уг бодисыг 500 Дж ажилдаг сэнсээр хутгана, харин дулааны эх үүсвэр нь бодис руу 20 кДж дулааныг дамжуулдаг. Үүнээс гадна процессын явцад агаарт 3кЖ дулаан ялгардаг. Бодисын эцсийн энергийг тодорхойл. 8-р зургийг үзнэ үү.
Шийдэл:
9-р зураг дээр та дулааны эх үүсвэрээс нэмж дулааныг харж болно, энэ нь бодисын энергийг нэмэгдүүлдэг тул "эерэг" гэж тооцогддог, агаарт цацагдах дулааныг, бодисын энергийг бууруулдаг тул сөрөг, энергийг нэмэгдүүлсэн сэнсний ажил нь эерэг шинж тэмдэг авчирсан.
Зураг 10-т термодинамикийн эхний хуулийн дагуу энергийн балансыг толилуулж, бодисын эцсийн энергийг олж авав.
Термодинамикийн хоёрдугаар хууль
Термодинамикийн хоёрдугаар хуулийн хэд хэдэн мэдэгдэл байдаг: Планк-Келвин, Клаузиус, Карно нарын мэдэгдэл. Эдгээр нь тус бүрдээ хоёр дахь хуулийн өөр талыг харуулж байна. Ерөнхийдөө термодинамикийн хоёрдахь хууль дараахь байдлаар тавигддаг.
- Термодинамик процессын чиглэл, физик үзэгдлийн эргэлт буцалтгүй байдал.
- Дулааны машинуудын үр ашиг.
- Үл хөдлөх хөрөнгийн "entropy" оруулна уу.
Термодинамик процессын чиглэл:
Байгаль дээр аяндаа энерги хамгийн өндөр энергиээс хамгийн бага энерги рүү шилждэг эсвэл шилждэг. Дулаан халуун биеэс хүйтэн бие рүү урсаж, харин эсрэгээрээ биш юм. Зураг 11-ийг үзнэ үү.
Үр ашиг буюу дулааны гүйцэтгэл:
Термодинамикийн нэгдүгээр хуулийн дагуу энерги бий болдоггүй, устдаггүй ч түүнийг хувиргаж эсвэл шилжүүлж болдог. Гэхдээ бүх эрчим хүчний дамжуулалт эсвэл хувиргалтанд түүний хэмжээ нь ажил хийхэд ашиггүй байдаг. Эрчим хүч шилжих эсвэл өөрчлөгдөхөд эхний энергийн нэг хэсэг нь дулааны энерги болж ялгардаг: эрчим хүч доройтож, чанараа алддаг.
Аливаа эрчим хүчний хувиргалтанд олж авсан энергийн хэмжээ нь нийлүүлсэн энергиэс үргэлж бага байдаг. Дулааны үр ашиг нь олж авсан ашигтай энерги ба хувиргах явцад нийлүүлсэн энергийн харьцааг ажил болгон хувиргах эх үүсвэрээс гарах дулааны хэмжээ юм. 12-р зургийг үзнэ үү.
Дулааны машин эсвэл дулааны машин:
Дулааны машин нь дулааныг хэсэгчлэн ажлын болон механик энерги болгон хувиргадаг төхөөрөмж бөгөөд үүний тулд өндөр температурт дулааны хангамж шаардагддаг.
Дулааны машинуудад усны уур, агаар, түлш зэрэг бодисыг ашигладаг. Бодис нь термодинамикийн цуврал хувиргалтыг циклийн аргаар явуулдаг бөгөөд ингэснээр машин тасралтгүй ажиллаж чаддаг.
Дасгал 2.
Ачаа тээврийн хэрэгслийн хөдөлгүүр нь бензин шатааж шаталтанд дулаан үүсгэдэг. Хөдөлгүүрийн цикл бүрийн хувьд 5 кДж-ийн дулааныг 1кЖ механик ажилд шилжүүлдэг. Хөдөлгүүрийн үр ашиг гэж юу вэ? Хөдөлгүүрийн эргэлт бүрт хичнээн их дулаан ялгардаг вэ? 13-р зургийг үзнэ үү
Шийдэл:
Гаргасан дулааныг тодорхойлохын тулд дулааны машинуудад цэвэр ажил нь системд дамжих цэвэр дулаан дамжуулалттай тэнцүү байна гэж үздэг. 14-р зургийг үзнэ үү.
Энтропи:
Энтропи бол систем дэх санамсаргүй байдал эсвэл эмгэгийн зэрэг юм. Энтропи нь ажил хийхэд ашиглаж чадахгүй байгаа энергийн хэсгийг хэмжих боломжийг олгодог бөгөөд энэ нь термодинамик процессын эргэлт буцалтгүй байдлыг тодорхойлох боломжийг олгодог.
Болж буй энерги дамжуулалт нь орчлон ертөнцийн энтропийг нэмэгдүүлж, ажил хийхэд шаардагдах эрчим хүчний хэмжээг бууруулдаг. Аливаа термодинамикийн процесс нь орчлон ертөнцийн нийт энтропийг нэмэгдүүлэх чиглэлд явагдах болно. 15-р зургийг үзнэ үү.
Термодинамикийн 3-р хууль
Термодинамикийн гуравдугаар хууль буюу Нерст постулат
Термодинамикийн гуравдахь хууль нь температур ба хөргөлттэй холбоотой байдаг. Энд абсолют тэг дэх системийн энтропи нь тодорхой тогтмол байдаг гэж заасан байдаг. 16-р зургийг үзнэ үү.
Үнэмлэхүй тэг бол доод хэмжүүр байхаа больсон хамгийн доод температур бөгөөд энэ нь биеийн хамгийн хүйтэн байдаг. Үнэмлэхүй тэг нь 0 K, -273,15 ºC-тэй тэнцэнэ.
Дүгнэлт
Термодинамикийн дөрвөн зарчим байдаг. Тэг зарчмаар хоёр буюу түүнээс дээш биетүүд ижил температурт байх үед дулааны тэнцвэрт байдал үүсдэг болохыг тогтоожээ.
Термодинамикийн нэгдүгээр хууль нь процессын хоорондох энергийг хадгалах тухай, харин термодинамикийн хоёрдахь хууль нь энтропийн хамгийн багааас өндөр хүртэлх чиглэл, дулааныг ажил болгон хувиргадаг дулааны хөдөлгүүрүүдийн үр ашиг буюу гүйцэтгэлийг авч үздэг.
Термодинамикийн гуравдахь хууль нь температур ба хөргөлттэй холбоотой бөгөөд абсолют тэг дэх системийн энтропи нь тодорхой тогтмол байдаг гэж заасан байдаг.