Elektrik Asasteknologi

Termodinamik, apa itu dan aplikasinya

Termodinamik adalah sains berdasarkan kajian tenaga. Proses termodinamik berlaku setiap hari dalam kehidupan seharian, di rumah, di industri, dengan transformasi tenaga, seperti peralatan penghawa dingin, peti sejuk, kereta, dandang, antara lain. Oleh itu pentingnya kajian Termodinamik, berdasarkan empat undang-undang asas yang menetapkan hubungan antara kualiti dan kuantiti tenaga, dan sifat termodinamik.

Untuk memahami undang-undang termodinamik, dengan cara yang mudah, seseorang harus bermula dari beberapa konsep asas yang dinyatakan di bawah, seperti tenaga, haba, suhu, antara lain.

Kami menjemput anda untuk melihat artikel tersebut Kekuatan Hukum Watt (Aplikasi - Latihan)

Sampul artikel The Power of Watt's Law (Aplikasi - Latihan)
citeia.com

Termodinamik

Sedikit sejarah:

Termodinamik mengkaji pertukaran dan transformasi tenaga dalam proses. Sudah pada tahun 1600-an Galileo mulai melakukan kajian di daerah ini, dengan penemuan termometer kaca, dan hubungan ketumpatan cecair dan suhunya.

Dengan revolusi industri, kajian dilakukan untuk mengetahui hubungan antara haba, kerja dan tenaga bahan bakar, serta untuk meningkatkan prestasi dalam mesin wap, Termodinamik muncul sebagai sains kajian, dari tahun 1697 dengan mesin stim Thomas Savery. Undang-undang termodinamika pertama dan kedua dibentuk pada tahun 1850. Banyak saintis seperti Joule, Kelvin, Clausius, Boltzmann, Carnot, Clapeyron, Gibbs, Maxwell, antara lain, menyumbang kepada pengembangan sains ini, "Thermodynamics."

Apa itu termodinamik?

Termodinamik adalah sains yang mengkaji transformasi tenaga. Sejak awalnya dikaji bagaimana mengubah haba menjadi kuasa, dalam mesin wap, kata Yunani "termos" dan "dinamis" digunakan untuk menamakan sains baru ini, membentuk kata "termodinamika". Lihat gambar 1.

Asal perkataan termodinamik
citeia.com (rajah 1)

Aplikasi Termodinamik

Kawasan penggunaan termodinamik sangat luas. Transformasi tenaga berlaku dalam pelbagai proses dari tubuh manusia, dengan pencernaan makanan, hingga banyak proses industri untuk pengeluaran produk. Di rumah terdapat juga alat di mana termodinamik digunakan pada seterika, pemanas air, penghawa dingin, antara lain. Prinsip termodinamika juga diterapkan dalam berbagai bidang lain, seperti di loji janakuasa, kereta, dan roket. Lihat gambar 2.

Beberapa Penggunaan Termodinamik
citeia.com (rajah 2)

Asas Termodinamik

Tenaga (E)

Harta benda atau sistem material atau bukan material yang boleh diubah dengan mengubah keadaan atau keadaannya. Ia juga ditakrifkan sebagai potensi atau kemampuan untuk memindahkan jirim. Dalam gambar 3 anda dapat melihat beberapa sumber tenaga.

Sumber tenaga
citeia.com (rajah 3)

Bentuk tenaga

Tenaga datang dalam pelbagai bentuk, seperti angin, elektrik, mekanikal, tenaga nuklear, antara lain. Dalam kajian termodinamik, tenaga kinetik, tenaga berpotensi dan tenaga dalaman badan digunakan. Tenaga kinetik (Ec) berkaitan dengan kelajuan, potensi tenaga (Ep) dengan ketinggian dan tenaga dalaman (U) dengan pergerakan molekul dalaman. Lihat gambar 4.

Tenaga kinetik, potensi dan dalaman dalam termodinamik.
citeia.com (rajah 4)

Panas (Q):

Pemindahan tenaga haba antara dua badan yang berada pada suhu yang berbeza. Haba diukur dalam Joule, BTU, pound-kaki, atau dalam kalori.

Suhu (T):

Ini adalah ukuran tenaga kinetik atom atau molekul yang membentuk sebarang objek material. Ia mengukur tahap pergolakan molekul dalaman objek, tenaga termalnya. Semakin besar pergerakan molekul, semakin tinggi suhunya. Ia diukur dalam darjah Celsius, darjah Kelvin, darjah Rankine, atau darjah Fahrenheit. Pada rajah 5, persamaan antara beberapa skala suhu ditunjukkan.

Beberapa perbandingan dan skala suhu.
citeia.com (rajah 5)

Prinsip Termodinamik

Kajian mengenai transformasi tenaga dalam termodinamik berdasarkan empat undang-undang. Undang-undang pertama dan kedua berkaitan dengan kualiti dan kuantiti tenaga; sedangkan hukum ketiga dan keempat berkaitan dengan sifat termodinamik (suhu dan entropi). Lihat gambar 6 dan 7.

Undang-undang yang berkaitan dengan tenaga dalam termodinamik.
citeia.com (rajah 6)

Undang-undang Termodinamik Pertama:

Undang-undang pertama menetapkan prinsip pemuliharaan tenaga. Tenaga dapat dipindahkan dari satu badan ke badan yang lain, atau diubah menjadi bentuk tenaga yang lain, tetapi ia selalu dijimatkan, sehingga jumlah tenaga selalu tetap.

Undang-undang yang berkaitan dengan sifat termodinamik
citeia.com (rajah 7)

Jalan skating adalah contoh yang baik dari Undang-undang Pemuliharaan tenaga, di mana didapati bahawa tenaga tidak diciptakan atau dimusnahkan, tetapi diubah menjadi jenis tenaga yang lain. Untuk pemain skater seperti pada gambar 8, apabila hanya pengaruh gaya graviti, kita harus:

  • Kedudukan 1: Ketika pemain skater berada di puncak tanjakan, dia memiliki tenaga dalaman dan tenaga berpotensi kerana ketinggiannya, tetapi tenaga kinetiknya sifar kerana dia tidak bergerak (kelajuan = 0 m / s).
  • Kedudukan 2: Ketika pemain skater mulai meluncur turun, ketinggian menurun, tenaga dalaman dan tenaga berpotensi menurun, tetapi meningkatkan tenaga kinetiknya, ketika kecepatannya meningkat. Tenaga diubah menjadi tenaga kinetik. Ketika pemain ski mencapai titik tanjakan terendah (kedudukan 2), tenaga potensinya adalah sifar (ketinggian = 0m), sementara dia memperoleh kelajuan tertinggi dalam perjalanannya ke tanjakan.
  • Kedudukan 3: Ketika jalan naik, pemain skater kehilangan kecepatan, menurunkan tenaga kinetiknya, tetapi tenaga dalamannya meningkat, dan tenaga berpotensi, ketika dia mendapat ketinggian.
Penjimatan tenaga dalam termodinamik.
citeia.com (rajah 8)

Undang-undang termodinamik kedua:

Undang-undang kedua berkaitan dengan "kualiti" tenaga, dalam mengoptimumkan penukaran dan / atau transmisi tenaga. Undang-undang ini menetapkan bahawa dalam proses sebenar kualiti tenaga cenderung menurun. Definisi sifat termodinamik "entropi" diperkenalkan. Dalam pernyataan undang-undang kedua, ini ditetapkan ketika suatu proses dapat terjadi dan ketika tidak dapat dilakukan, bahkan jika undang-undang pertama terus dipatuhi. Lihat gambar 9.

Rasa pemindahan haba.
citeia.com (rajah 9)

Undang-undang sifar:

Hukum sifar menyatakan bahawa jika dua sistem dalam keseimbangan dengan yang ketiga, mereka berada dalam keseimbangan antara satu sama lain. Sebagai contoh, untuk Rajah 10, jika A berada dalam keseimbangan terma dengan C, dan C berada dalam keseimbangan terma dengan B, maka A berada dalam keseimbangan terma dengan B.

Hukum sifar termodinamik
citeia.com (rajah 10)

Konsep lain dari Termodinamik

Sistem

Bahagian alam semesta yang menarik atau dikaji. Untuk cawan kopi pada Gambar 11, "sistem" adalah kandungan cawan (kopi) di mana pemindahan tenaga termal dapat dikaji. Lihat gambar 12. [4]

Sistem, sempadan dan persekitaran sistem termodinamik.
citeia.com (rajah 11)

Alam Sekitar

Ia adalah seluruh alam semesta yang berada di luar sistem yang dikaji. Dalam Gambar 12, cawan kopi dianggap sebagai "batas" yang berisi kopi (sistem) dan apa yang berada di luar cawan (sempadan) adalah "lingkungan" sistem.

Sistem termodinamik yang menerangkan keseimbangan termodinamik.
citeia.com (rajah 12)

Keseimbangan termodinamik

Nyatakan di mana sifat sistem ditentukan dengan baik dan tidak berubah mengikut masa. Apabila sistem menyajikan keseimbangan terma, keseimbangan mekanikal dan keseimbangan kimia, ia berada dalam "keseimbangan termodinamik". Dalam keseimbangan, sistem tidak dapat mengubah keadaannya kecuali agen luaran bertindak terhadapnya. Lihat gambar 13.

Keseimbangan termodinamik
citeia.com (rajah 13)

Wall

Entiti yang membenarkan atau menghalang interaksi antara sistem. Sekiranya dinding membenarkan masuknya zat, ia dikatakan dinding yang telap. Dinding adiabatik adalah dinding yang tidak membenarkan pemindahan haba antara dua sistem. Apabila dinding membenarkan pemindahan tenaga termal ia disebut dinding diathermic. Lihat gambar 14.

Dinding sistem termodinamik
citeia.com (14 gambar)

Kesimpulan

Tenaga adalah keupayaan untuk menggerakkan jirim. Ini dapat diubah dengan mengubah keadaan atau keadaannya.

Termodinamik adalah sains yang mengkaji pertukaran dan transformasi tenaga dalam proses. Kajian transformasi tenaga dalam termodinamik berdasarkan empat undang-undang. Undang-undang pertama dan kedua berkaitan dengan kualiti dan kuantiti tenaga; sementara hukum ketiga dan keempat berkaitan dengan sifat termodinamik (suhu dan entropi).

Suhu adalah ukuran tahap pergolakan molekul yang membentuk badan, sementara haba adalah pemindahan tenaga haba antara dua badan yang berada pada suhu yang berbeza.

Keseimbangan termodinamik wujud apabila sistem secara bersamaan berada dalam keseimbangan terma, keseimbangan mekanikal dan keseimbangan kimia.

Nota terima kasih: Untuk pengembangan artikel ini, kami mendapat kehormatan mendapat nasihat dari Ing. Marisol Pino, Pakar dalam Instrumentasi dan Kawalan Industri.