Prinċipji Termodinamiċi
Biex tifhem, b'mod faċli, id-dinja wiesgħa u kumplessa tat-Termodinamika, huwa rrakkomandat li tmur pass pass billi tibda b'reviżjoni tat-termini bażiċi, introduzzjoni għall-prinċipji termodinamiċi, u mbagħad tistudja aktar fil-fond il-liġijiet termodinamiċi, kif huma espressi matematikament u l-applikazzjonijiet tiegħu.
Bl-erba 'liġijiet tat-termodinamika (liġi żero, l-ewwel liġi, it-tieni liġi u t-tielet liġi), huwa deskritt kif jaħdmu t-trasferimenti u t-trasformazzjonijiet tal-enerġija bejn sistemi differenti; tkun il-bażi biex wieħed jifhem ħafna fenomeni fiżikokimiċi tan-natura.
Reviżjoni tal-kunċetti bażiċi
Nistednuk biex tara l-artiklu TERMODINAMIKA, x'inhi u l-applikazzjonijiet tagħha
Tista 'tikkumplimenta din l-informazzjoni bl-artiklu Il-Qawwa tal-Liġi ta 'Watt (Applikazzjonijiet - Eżerċizzji) Għal issa INsegwu ...
Forom ta 'enerġija
L - enerġija, il - proprjetà tal - korpi biex jittrasformaw lilhom infushom billi jimmodifikaw is - sitwazzjoni jew l - istat tagħhom, tiġi f'ħafna forom, bħal enerġija kinetika, enerġija potenzjali u enerġija interna tal-korpi. Ara l-figura 1.
Xogħol
Huwa l-prodott ta 'forza u spostament, it-tnejn imkejla fl-istess direzzjoni. Biex tikkalkula x-xogħol, jintuża l-komponent tal-forza li huwa parallel għall-ispostament tal-oġġett. Ix-xogħol jitkejjel f'Nm, Joule (J), ft.lb-f, jew BTU. Ara l-figura 2.
Saħħan (Q)
Trasferiment ta 'enerġija termali bejn żewġ korpi li huma f'temperaturi differenti, u jseħħ biss fis-sens li t-temperatura tonqos. Is-sħana titkejjel fi Joule, BTU, libbra-saqajn, jew f'kaloriji. Ara l-figura 3.
Prinċipji Termodinamiċi
Liġi Żero - Prinċipju Żero
Il-liġi żero tat-termodinamika tiddikjara li jekk żewġ oġġetti, A u B, huma f'ekwilibriju termali ma 'xulxin, u l-oġġett A huwa f'ekwilibriju mat-tielet oġġett C, allura l-oġġett B huwa f'ekwilibriju termali ma' l-oġġett C. L-ekwilibriju Termali jseħħ. meta żewġ korpi jew aktar ikunu fl-istess temperatura. Ara l-figura 4.
Din il-liġi hija kkunsidrata bħala liġi bażika tat-termodinamika. Ġie postulat bħala "Liġi Żero", fl-1935, peress li ġie postulat wara li saru l-ewwel u t-tieni liġijiet tat-termodinamika.
L-ewwel Liġi tat-Termodinamika (Prinċipju tal-konservazzjoni tal-enerġija)
Dikjarazzjoni tal-Ewwel Liġi tat-Termodinamika:
L-ewwel liġi tat-termodinamika, magħrufa wkoll bħala l-prinċipju tal-konservazzjoni tal-enerġija, tgħid li l-enerġija mhix maħluqa jew meqruda, hija biss trasformata f'tip ieħor ta 'enerġija, jew hija trasferita minn oġġett għal ieħor. Għalhekk l-ammont totali ta 'enerġija fl-univers ma jinbidilx.
L-ewwel liġi titwettaq f '"kollox", l-enerġija tiġi ttrasferita u ttrasformata kontinwament, pereżempju, f'xi apparat elettriku, bħal mixers u blenders, l-enerġija elettrika tinbidel f'enerġija mekkanika u termali, fil-ġisem uman huma ttrasformati l-kimika enerġija tal-ikel li tinbelgħu fl-enerġija kinetika meta l-ġisem ikun miexi, jew eżempji oħra bħal dawk murija fil-figura 5.
Ekwazzjoni tal-Ewwel Liġi tat-Termodinamika:
L-ekwazzjoni ta 'l-ewwel liġi fi ħdan il-prinċipji termodinamiċi tesprimi l-bilanċ li għandu jeżisti bejn it-tipi differenti ta' enerġija fi proċess partikolari. Billi, f'sistemi magħluqa [1], l-iskambji ta 'l-enerġija jistgħu jingħataw biss bit-trasferiment ta' sħana, jew mix-xogħol magħmul (minn jew fuq is-sistema), huwa stabbilit li l-varjazzjoni ta 'enerġija ta' sistema hija ugwali għas-somma ta ’trasferimenti ta’ enerġija permezz tas-sħana u permezz tax-xogħol. Ara l-figura 6.
Meta wieħed iqis li l-enerġiji kkunsidrati f'dan il-bilanċ tal-enerġija huma enerġija kinetika, enerġija potenzjali u enerġija interna [1], il-bilanċ tal-enerġija għal sistemi magħluqa jibqa 'kif muri fil-figura 7.
- (EC) Enerġija kinetika, minħabba l-moviment ta 'ġisem;
- (ep) Enerġija Potenzali, minħabba l-pożizzjoni ta 'korp f'qasam gravitazzjonali;
- (JEW) Enerġija interna, minħabba l-kontribuzzjonijiet mikroskopiċi tal-enerġija kinetika u potenzjali tal-molekuli interni ta 'ġisem.
Eżerċizzju 1
Kontenitur issiġillat fih sustanza, b'enerġija inizjali ta '10 kJ. Is-sustanza titħawwad bi skrun li jaħdem 500 J, filwaqt li sors ta 'sħana jittrasferixxi 20 kJ ta' sħana lis-sustanza. Barra minn hekk, 3kJ ta 'sħana tiġi rilaxxata fl-arja matul il-proċess. Iddetermina l-enerġija finali tas-sustanza. Ara l-figura 8.
Soluzzjoni:
Fil-figura 9 tista 'tara s-sħana miżjuda mis-sors tas-sħana, li hija kkunsidrata "pożittiva" peress li żżid l-enerġija tas-sustanza, is-sħana li tiġi rilaxxata fl-arja, negattiva peress li tnaqqas l-enerġija tas-sustanza, u l- ix-xogħol tal-iskrun, li żied l-enerġija ħa sinjal pożittiv.
Fil-figura 10 huwa ppreżentat il-bilanċ tal-enerġija, skont l-ewwel liġi tat-termodinamika u tinkiseb l-enerġija finali tas-sustanza.
It-tieni liġi tat-termodinamika
Hemm diversi dikjarazzjonijiet tat-tieni liġi tat-termodinamika: Dikjarazzjoni ta ’Planck-Kelvin, Clausius, Carnot. Kull wieħed minnhom juri aspett differenti tat-tieni liġi. B'mod ġenerali t-tieni liġi tat-termodinamika tippustula:
- Id-direzzjoni tal-proċessi termodinamiċi, irriversibilità tal-fenomeni fiżiċi.
- L-effiċjenza tal-magni termali.
- Daħħal il-proprjetà "entropija".
Direzzjoni tal-proċessi termodinamiċi:
Spontanjament fin-natura, l-enerġija tgħaddi jew tiġi ttrasferita mill-ogħla stat ta 'enerġija għall-inqas stat ta' enerġija. Is-sħana tgħaddi minn korpi sħan għal korpi kesħin u mhux bil-maqlub. Ara l-figura 11.
Effiċjenza jew prestazzjoni termika:
Skond l-ewwel liġi tat-termodinamika, l-enerġija la hija maħluqa u lanqas meqruda, iżda tista 'tiġi ttrasformata jew trasferita. Iżda fit-trasferimenti jew it-trasformazzjonijiet kollha tal-enerġija ammont minnu mhuwiex utli biex tagħmel xogħol. Hekk kif l-enerġija tiġi ttrasferita jew trasformata, parti mill-enerġija inizjali tinħeles bħala enerġija termali: l-enerġija tiddegrada, titlef il-kwalità.
Fi kwalunkwe trasformazzjoni ta 'enerġija, l-ammont ta' enerġija miksuba huwa dejjem inqas mill-enerġija fornuta. L-effiċjenza termali hija l-ammont ta 'sħana mis-sors li jiġi kkonvertit f'xogħol, il-proporzjon bejn l-enerġija utli miksuba u l-enerġija fornuta fi trasformazzjoni. Ara l-figura 12.
Magna Termali jew Magna tas-Sħana:
Il-magna termali hija apparat li parzjalment jikkonverti s-sħana f'xogħol jew enerġija mekkanika, għal dan teħtieġ sors li jipprovdi s-sħana f'temperatura għolja.
Fil-magni termali tintuża sustanza bħal fwar tal-ilma, arja jew karburant. Is-sustanza tgħaddi minn serje ta 'trasformazzjonijiet termodinamiċi b'mod ċikliku, sabiex il-magna tkun tista' topera kontinwament.
Eżerċizzju 2
Il-magna ta 'vettura tal-merkanzija tipproduċi sħana fil-kombustjoni billi taħraq il-gażolina. Għal kull ċiklu tal-magna, is-sħana ta '5 kJ hija kkonvertita f'1kJ ta' xogħol mekkaniku. X'inhi l-effiċjenza tal-mutur? Kemm sħana tinħeles għal kull ċiklu tal-magna? Ara l-figura 13
Soluzzjoni:
Biex tiddetermina s-sħana rilaxxata, huwa preżunt li fil-magni termali x-xogħol nett huwa daqs it-trasferiment nett tas-sħana għas-sistema. Ara l-figura 14.
Entropija:
L-entropija hija l-grad ta 'każwalità jew diżordni f'sistema. L-Entropija tippermetti l-ikkwantifikar tal-parti tal-enerġija li ma tistax tintuża biex tipproduċi x-xogħol, jiġifieri, tippermetti li tiġi kkwantifikata l-irriversibilità ta 'proċess termodinamiku.
Kull trasferiment ta 'enerġija li jseħħ iżid l-entropija tal-univers u jnaqqas l-ammont ta' enerġija użabbli disponibbli biex tagħmel ix-xogħol. Kull proċess termodinamiku se jipproċedi f'direzzjoni li żżid l-entropija totali tal-univers. Ara l-figura 15.
It-3 Liġi tat-Termodinamika
It-Tielet Liġi tat-Termodinamika jew Nerst Postulate
It-tielet liġi tat-termodinamika hija relatata mat-temperatura u t-tkessiħ. Jiddikjara li l-entropija ta 'sistema f'żero assolut hija kostanti definita. Ara l-figura 16.
Żero assolut huwa l-iktar temperatura baxxa li taħthom m'għadx hemm miżura aktar baxxa, hija l-iktar kiesħa li jista 'jkun ġisem. Żero assolut huwa 0 K, ekwivalenti għal -273,15 ºC.
Konklużjoni
Hemm erba 'prinċipji termodinamiċi. Fil-prinċipju żero huwa stabbilit li l-ekwilibriju termali jseħħ meta żewġ korpi jew aktar ikunu fl-istess temperatura.
L-ewwel liġi tat-termodinamika tittratta l-konservazzjoni tal-enerġija bejn il-proċessi, filwaqt li t-tieni liġi tat-termodinamika tittratta d-direzzjonalità mill-inqas għall-ogħla entropija, u l-effiċjenza jew il-prestazzjoni tal-magni tas-sħana li jikkonvertu s-sħana f'xogħol.
It-tielet liġi tat-termodinamika hija relatata mat-temperatura u t-tkessiħ, tgħid li l-entropija ta 'sistema f'żero assolut hija kostanti definita.