Termodinamika, çfarë është dhe zbatimet e saj

Termodinamika është një shkencë e bazuar në studimin e energjisë. Proceset termodinamike ndodhin çdo ditë në jetën e përditshme, në shtëpi, në industri, me transformimin e energjisë, të tilla si në pajisjet e kondicionimit të ajrit, frigoriferë, makina, kaldaja, ndër të tjera. Prandaj rëndësia e studimit të Termodinamikës, bazuar në katër ligje themelore që vendosin marrëdhëniet midis cilësisë dhe sasisë së energjisë dhe vetive termodinamike.

Për të kuptuar ligjet e Termodinamikës, në një mënyrë të thjeshtë, duhet të fillohet nga disa koncepte themelore që janë të ekspozuara më poshtë, të tilla si energjia, nxehtësia, temperatura, ndër të tjera.

Ne ju ftojmë të shihni artikullin Fuqia e Ligjit të Watt (Zbatime - Ushtrime)

Termodinamika

Një histori pak:

Termodinamika studion shkëmbimet dhe transformimet e energjisë në procese. Tashmë në vitet 1600 Galileo filloi të kryejë studime në këtë zonë, me shpikjen e termometrit të qelqit dhe lidhjen e dendësisë së një lëngu dhe temperaturës së tij.

Me revolucionin industrial, studimet kryhen për të njohur marrëdhëniet midis nxehtësisë, punës dhe energjisë së karburanteve, si dhe për të përmirësuar performancën e motorëve me avull, duke dalë termodinamika si një shkencë studimore, duke filluar në 1697 me motorin me avull të Thomas Savery . Ligji i parë dhe i dytë i termodinamikës u krijuan në 1850. Shumë shkencëtarë si Joule, Kelvin, Clausius, Boltzmann, Carnot, Clapeyron, Gibbs, Maxwell, ndër të tjera, kontribuan në zhvillimin e kësaj shkence, "Termodinamika".

Çfarë është termodinamika?

Termodinamika është një shkencë që studion transformimet e energjisë. Meqenëse fillimisht u studiua se si të transformohej nxehtësia në fuqi, në motorët me avull, fjalët greke "termos" dhe "dinamis" u përdorën për të emëruar këtë shkencë të re, duke formuar fjalën "termodinamikë". Shikoni figurën 1.

Zbatime termodinamike

Zona e aplikimit të termodinamikës është shumë e gjerë. Transformimi i energjisë ndodh në procese të shumta nga trupi i njeriut, me tretjen e ushqimit, në procese të shumta industriale për prodhimin e produkteve. Në shtëpi ka edhe pajisje ku termodinamika aplikohet në hekura, ngrohës uji, kondicionerë, ndër të tjera. Parimet e termodinamikës zbatohen gjithashtu në një larmi fushash të tjera, të tilla si në termocentralet, automobilat dhe raketat. Shikoni figurën 2.

Bazat e Termodinamika

Energjia (E)

Pronë e çdo trupi ose sistemi material ose jo material që mund të transformohet duke modifikuar situatën ose gjendjen e tij. Shtë përcaktuar gjithashtu si potencial ose aftësi për të lëvizur materien. Në figurën 3 mund të shihni disa burime të energjisë.

Format e energjisë

Energjia vjen në shumë forma, të tilla si era, energjia elektrike, mekanike, bërthamore, ndër të tjera. Në studimin e termodinamikës, përdoret energjia kinetike, energjia potenciale dhe energjia e brendshme e trupave. Energjia kinetike (Ec) lidhet me shpejtësinë, energjinë potenciale (Ep) me lartësinë dhe energjinë e brendshme (U) me lëvizjen e molekulave të brendshme. Shikoni figurën 4.

Nxehtësia (P):

Transferimi i energjisë termike midis dy trupave që janë në temperatura të ndryshme. Nxehtësia matet në Joule, BTU, kile-këmbë ose në kalori.

Temperatura (T):

Shtë një masë e energjisë kinetike të atomeve ose molekulave që përbëjnë çdo objekt material. Ajo mat shkallën e agjitacionit të molekulave të brendshme të një objekti, të energjisë së tij termike. Sa më e madhe të jetë lëvizja e molekulave, aq më e lartë është temperatura. Matet në gradë Celsius, gradë Kelvin, gradë Rankine, ose gradë Fahrenheit. Në figurën 5 paraqitet ekuivalenca midis disa shkallëve të temperaturës.

Parimet termodinamike

Studimi i transformimeve të energjisë në termodinamikë bazohet në katër ligje. Ligji i parë dhe i dytë kanë të bëjnë me cilësinë dhe sasinë e energjisë; ndërsa ligji i tretë dhe i katërt kanë të bëjnë me vetitë termodinamike (temperatura dhe entropia). Shikoni figurat 6 dhe 7.

Ligji i parë i termodinamikës:

Ligji i parë përcakton parimin e ruajtjes së energjisë. Energjia mund të transferohet nga një trup në tjetrin, ose të ndryshohet në një formë tjetër të energjisë, por gjithmonë ruhet, kështu që sasia totale e energjisë mbetet gjithmonë konstante.

Një devijim i patinazhit është një shembull i mirë i Ligjit të Ruajtjes së energjisë, ku zbulohet se energjia nuk krijohet ose shkatërrohet, por transformohet në një lloj tjetër energjie. Për një patinator si ai në figurën 8, kur ndikon vetëm forca gravitacionale, ne duhet të:

• Pozicioni 1: Kur patinatori është në majë të devijimit, ai ka energji të brendshme dhe energji potenciale për shkak të lartësisë në të cilën ndodhet, por energjia e tij kinetike është zero pasi nuk është në lëvizje (shpejtësia = 0 m / s).
• Pozicioni 2: Ndërsa patinatori fillon të rrëshqasë poshtë devijimit, lartësia zvogëlohet, duke zvogëluar energjinë e brendshme dhe energjinë e mundshme, por duke rritur energjinë e tij kinetike, ndërsa shpejtësia e tij rritet. Energjia shndërrohet në energji kinetike. Kur patinatori arrin pikën më të ulët të devijimit (pozicioni 2), energjia e tij e mundshme është zero (lartësia = 0m), ndërsa ai fiton shpejtësinë më të lartë në udhëtimin e tij poshtë devijimit.
• Pozicioni 3: Ndërsa devijimi rritet, patinatori humbet shpejtësinë, duke zvogëluar energjinë e tij kinetike, por energjia e brendshme rritet, dhe energjia potenciale, ndërsa ai fiton lartësi.

Ligji i dytë i termodinamikës:

Ligji i dytë lidhet me "cilësinë" e energjisë, në optimizimin e shndërrimit dhe / ose transmetimit të energjisë. Ky ligj përcakton se në proceset reale cilësia e energjisë tenton të ulet. Futet përkufizimi i pronës termodinamike "entropi". Në deklaratat e ligjit të dytë, përcaktohet kur një proces mund të ndodhë dhe kur nuk mundet, edhe nëse ligji i parë vazhdon të zbatohet. Shikoni figurën 9.

Ligji zero:

Ligji zero thotë që nëse dy sisteme në ekuilibër me një të tretën ato janë në ekuilibër me njëri-tjetrin. Për shembull, për Figurën 10, nëse A është në ekuilibër termik me C, dhe C është në ekuilibër termik me B, atëherë A është në ekuilibër termik me B.

Koncepte të tjera të Termodinamika

Sistem

Pjesë e universit që është me interes ose studim. Për filxhanin e kafesë në Figurën 11, "sistemi" është përmbajtja e filxhanit (kafe) ku mund të studiohet transferimi i energjisë termike. Shih figurën 12. [4]

Mjedisi

Isshtë pjesa tjetër e universit e jashtme e sistemit në studim. Në Figurën 12, filxhani i kafesë konsiderohet "kufiri" që përmban kafenë (sistemi) dhe ajo që është jashtë filxhanit (kufiri) është "ambienti" i sistemit.

Ekuilibri termodinamik

Gjendja në të cilën vetitë e sistemit janë të përcaktuara mirë dhe nuk ndryshojnë me kalimin e kohës. Kur një sistem paraqet ekuilibër termik, ekuilibër mekanik dhe ekuilibër kimik, ai është në “ekuilibër termodinamik”. Në ekuilibër, një sistem nuk mund të modifikojë gjendjen e tij nëse një agjent i jashtëm nuk vepron mbi të. Shikoni figurën 13.

I prere

Subjekti që lejon ose parandalon ndërveprimet midis sistemeve. Nëse muri lejon kalimin e substancës, thuhet se është një mur i depërtueshëm. Një mur adiabatik është ai që nuk lejon transferimin e nxehtësisë midis dy sistemeve. Kur muri lejon transferimin e energjisë termike quhet një mur diatermik. Shikoni figurën 14.

Konkluzione

Energjia është aftësia për të lëvizur materien. Kjo mund të transformohet duke modifikuar situatën ose gjendjen e saj.

Termodinamika është një shkencë që studion shkëmbimet dhe transformimet e energjisë në procese. Studimi i transformimeve të energjisë në termodinamikë bazohet në katër ligje. Ligji i parë dhe i dytë kanë të bëjnë me cilësinë dhe sasinë e energjisë; ndërsa ligji i tretë dhe i katërt kanë të bëjnë me vetitë termodinamike (temperatura dhe entropia).

Temperatura është një masë e shkallës së ngacmimit të molekulave që përbëjnë një trup, ndërsa nxehtësia është transferimi i energjisë termike midis dy trupave që janë në temperatura të ndryshme.

Ekuilibri termodinamik ekziston kur sistemi është njëkohësisht në ekuilibër termik, ekuilibër mekanik dhe ekuilibër kimik.

Faleminderit shënim: Për zhvillimin e këtij artikulli kemi pasur nderin të kemi këshillat e Ing Marisol Pino, Specialist në Instrumentet dhe Kontrollin Industrial.