технология

Термодинамические принципы

Чтобы легко понять широкий и сложный мир термодинамики, рекомендуется идти шаг за шагом, начиная с обзора основных терминов, введения в принципы термодинамики, а затем более глубоко изучая законы термодинамики, как они выражаются математически. и его приложения.

Четыре закона термодинамики (нулевой закон, первый закон, второй закон и третий закон) описывают, как работают передачи и преобразования энергии между различными системами; являясь основой для понимания многих физико-химических явлений природы.

Обзор основных понятий

Приглашаем к просмотру статьи ТЕРМОДИНАМИКА, что это такое и ее применение

Обложка статьи термодинамики easy

Вы можете дополнить эту информацию статьей Закон мощности Ватта (Приложения - Упражнения) Пока МЫ СЛЕДУЕМ ...

Формы энергии

Энергия, свойство тел трансформировать себя, изменяя свое положение или состояние, проявляется во многих формах, например: кинетическая энергия, потенциальная энергия и внутренняя энергия тел. См. Рисунок 1.

Некоторые формы энергии представлены в законах термодинамики.

Работать

Это продукт силы и смещения, измеренных в одном и том же направлении. Для расчета работы используется составляющая силы, параллельная перемещению объекта. Работа измеряется в Нм, Джоулях (Дж), фут-фунтах-футах или БТЕ. См. Рисунок 2.

Механическая Работа, элемент, который мы можем найти в принципах термодинамики.

Тепло (Q)

Передача тепловой энергии между двумя телами, находящимися при разных температурах, происходит только в том смысле, что температура понижается. Теплота измеряется в Джоулях, БТЕ, фунт-футах или калориях. См. Рисунок 3.

Тепло

Термодинамические принципы

Закон нуля - принцип нуля

Нулевой закон термодинамики гласит, что если два объекта, A и B, находятся в тепловом равновесии друг с другом, а объект A находится в равновесии с третьим объектом C, то объект B находится в тепловом равновесии с объектом C. когда два или более тела имеют одинаковую температуру. См. Рисунок 4.

Пример нулевого закона термодинамики.

Этот закон считается основным законом термодинамики. Он был постулирован как «нулевой закон» в 1935 году, так как он был постулирован после того, как были сформулированы первый и второй законы термодинамики.

1-й закон термодинамики (принцип сохранения энергии)

Утверждение первого закона термодинамики.:

Первый закон термодинамики, также известный как принцип сохранения энергии, гласит, что энергия не создается и не разрушается, она только преобразуется в другой тип энергии или передается от одного объекта к другому. Таким образом, общее количество энергии во Вселенной не меняется.

Первый закон выполняется «во всем», энергия передается и преобразуется непрерывно, например, в некоторых электрических устройствах, таких как миксеры и блендеры, электрическая энергия преобразуется в механическую и тепловую энергию, в человеческом теле они преобразуются в химическую энергия пищи, которая переходит в кинетическую энергию, когда тело находится в движении, или другие примеры, такие как показанные на рисунке 5.

Примеры преобразований энергии в рамках законов термодинамики.

Уравнение первого закона термодинамики:

Уравнение первого закона в рамках термодинамических принципов выражает баланс, который должен существовать между различными типами энергии в данном процессе. Поскольку в закрытых системах [1] обмен энергией может происходить только за счет передачи тепла или работы, совершаемой (системой или системой), установлено, что изменение энергии системы равно сумме энергия передается через тепло и через работу. См. Рисунок 6.

Энергетический баланс для закрытых систем объяснен на термодинамических принципах.

Учитывая, что энергии, рассматриваемые в этом энергетическом балансе, представляют собой кинетическую энергию, потенциальную энергию и внутреннюю энергию [1], энергетический баланс для закрытых систем остается таким, как показано на рисунке 7.

  • (Ec) Кинетическая энергия , за счет движения тела;
  • (Эп) Потенциальная энергия, из-за положения тела в гравитационном поле;
  • (ИЛИ ЖЕ) Внутренняя энергия , из-за микроскопических вкладов кинетической и потенциальной энергии внутренних молекул тела.
Энергетический баланс для закрытых систем

Упражнение 1.

Герметичный контейнер содержит вещество с начальной энергией 10 кДж. Вещество перемешивается пропеллером, который выполняет работу 500 Дж, а источник тепла передает веществу 20 кДж тепла. Кроме того, во время процесса в воздух выделяется 3 кДж тепла. Определите конечную энергию вещества. См. Рисунок 8.

Заявление о термодинамических упражнениях
решение:

На рисунке 9 вы можете видеть тепло, добавляемое источником тепла, которое считается «положительным», поскольку оно увеличивает энергию вещества, тепло, выделяемое в воздух, отрицательным, поскольку оно снижает энергию вещества, и Положительный знак приняла работа винта, увеличившего энергию.

Подход - осуществление законов термодинамики

На рисунке 10 представлен энергетический баланс согласно первому закону термодинамики и получена конечная энергия вещества.

Решение - Упражнение по термодинамике

Второй закон термодинамики

Есть несколько утверждений второго закона термодинамики: Утверждение Планка-Кельвина, Клаузиуса, Карно. Каждый из них демонстрирует разные аспекты второго закона. В целом постулат второго начала термодинамики:

  • Направление термодинамических процессов, необратимость физических явлений.
  • КПД тепловых машин.
  • Введите свойство «энтропия».

Направление термодинамических процессов:

В природе спонтанно энергия течет или передается из состояния с наивысшей энергией в состояние с самой низкой энергией. Тепло течет от горячих тел к холодным, а не наоборот. См. Рисунок 11.

Необратимые процессы в рамках термодинамических законов и принципов.

КПД или тепловые характеристики:

Согласно первому закону термодинамики, энергия не создается и не разрушается, но ее можно преобразовать или передать. Но во всех передачах или преобразованиях энергии в некоторой степени бесполезно выполнять работу. При передаче или преобразовании энергии часть первоначальной энергии выделяется в виде тепловой энергии: энергия ухудшается, теряет качество.

При любом преобразовании энергии количество получаемой энергии всегда меньше, чем подаваемая энергия. Термический КПД - это количество тепла от источника, которое преобразуется в работу, соотношение между полученной полезной энергией и энергией, подаваемой при преобразовании. См. Рисунок 12.

Связь между полученной полезной энергией и энергией, подаваемой при преобразовании

Тепловая машина или тепловая машина:

Тепловой двигатель - это устройство, которое частично преобразует тепло в работу или механическую энергию, для чего ему требуется источник, доставляющий тепло с высокой температурой.

В тепловых машинах используется такое вещество, как водяной пар, воздух или топливо. Вещество циклически подвергается серии термодинамических преобразований, так что машина может работать непрерывно.

Упражнение 2.

Двигатель грузового автомобиля выделяет тепло при сгорании за счет сжигания бензина. Для каждого цикла двигателя тепло в 5 кДж преобразуется в 1 кДж механической работы. Каков КПД мотора? Сколько тепла выделяется за каждый цикл двигателя? См. Рисунок 13.

Упражнение по термодинамике
решение:
Расчет эффективности

Для определения выделяемого тепла предполагается, что в тепловых машинах чистая работа равна чистой теплопередаче в систему. См. Рисунок 14.

Расчет отходящего тепла

энтропия:

Энтропия - это степень случайности или беспорядка в системе. Энтропия позволяет количественно оценить ту часть энергии, которая не может быть использована для производства работы, то есть позволяет количественно оценить необратимость термодинамического процесса.

Каждый происходящий перенос энергии увеличивает энтропию Вселенной и уменьшает количество полезной энергии, доступной для работы. Любой термодинамический процесс будет происходить в направлении, увеличивающем общую энтропию Вселенной. См. Рисунок 15.

энтропия

3-й закон термодинамики

Третий закон термодинамики или постулат Нерста

Третий закон термодинамики связан с температурой и охлаждением. Он утверждает, что энтропия системы при абсолютном нуле является определенной константой. См. Рисунок 16.

Абсолютный ноль - это самая низкая температура, ниже которой больше не существует нижней меры, это самая низкая температура тела. Абсолютный ноль равен 0 K, что эквивалентно -273,15 ºC.

Третий закон термодинамики

Заключение

Есть четыре термодинамических принципа. В принципе нуля установлено, что тепловое равновесие наступает, когда два или более тела имеют одинаковую температуру.

Первый закон термодинамики имеет дело с сохранением энергии между процессами, в то время как второй закон термодинамики имеет дело с направленностью от наименьшей энтропии к наибольшей, а также с эффективностью или производительностью тепловых двигателей, которые преобразуют тепло в работу.

Третий закон термодинамики связан с температурой и охлаждением, он утверждает, что энтропия системы при абсолютном нуле является определенной константой.

Похожие сообщения

Оставить комментарий

A %d блоггеры, как это: