Термодинамика, шта је то и њене примене
Термодинамика је наука заснована на проучавању енергије. Термодинамички процеси се свакодневно јављају у свакодневном животу, у домовима, у индустрији, уз трансформацију енергије, као што су клима уређаји, фрижидери, аутомобили, котлови, између осталог. Отуда и значај проучавања термодинамике, засноване на четири основна закона која успостављају однос између квалитета и количине енергије и термодинамичких својстава.
Да бисте на лак начин разумели законе термодинамике, потребно је поћи од неких основних појмова који су изложени у наставку, попут енергије, топлоте, температуре, између осталих.
Позивамо вас да погледате чланак Моћ Ватовог закона (пријаве - вежбе)
Термодинамика
Мало историје:
Термодинамика проучава размене и трансформације енергије у процесима. Већ 1600-их Галилео је почео да изводи студије у овој области, проналаском стакленог термометра и односа густине течности и њене температуре.
Индустријском револуцијом спроводе се студије како би се упознали односи између топлоте, рада и енергије горива, као и ради побољшања перформанси парних машина, појава термодинамике као науке о проучавању, од 1697. године са парном машином Тхомас Савери. Први и други закон термодинамике успостављени су 1850. Многи научници као што су Јоуле, Келвин, Цлаусиус, Болтзманн, Царнот, Цлапеирон, Гиббс, Маквелл, између осталих, допринели су развоју ове науке, „Термодинамика“.
Шта је термодинамика?
Термодинамика је наука која проучава енергетске трансформације. Пошто је у почетку проучавано како трансформисати топлоту у снагу, у парним машинама су грчке речи „термос“ и „динамис“ коришћене за именовање ове нове науке, формирајући реч „термодинамика“. Погледајте слику 1.
Термодинамичке примене
Подручје примене термодинамике је веома широко. Трансформација енергије се одвија у више процеса од људског тела, уз варење хране, до бројних индустријских процеса за производњу производа. У домовима такође постоје уређаји где се термодинамика, између осталог, примењује на пегле, бојлере, клима уређаје. Принципи термодинамике се такође примењују у широком спектру поља, као што су електране, аутомобили и ракете. Погледајте слику 2.
Основе Термодинамика
Енергија (Е)
Својство било ког материјалног или нематеријалног тела или система који се могу трансформисати модификовањем његове ситуације или стања. Такође се дефинише као потенцијал или способност померања материје. На слици 3 можете видети неке изворе енергије.
Облици енергије
Енергија долази у многим облицима, као што су ветар, електрична, механичка, нуклеарна енергија, између осталог. У проучавању термодинамике користи се кинетичка енергија, потенцијална енергија и унутрашња енергија тела. Кинетичка енергија (Ец) повезана је са брзином, потенцијалном енергијом (Еп) са висином и унутрашњом енергијом (У) са кретањем унутрашњих молекула. Погледајте слику 4.
Врућина (К):
Пренос топлотне енергије између два тела која су на различитим температурама. Топлота се мери у џулима, БТУ, килограмима или калоријама.
Температура (Т):
То је мера кинетичке енергије атома или молекула који чине било који материјални предмет. Он мери степен агитације унутрашњих молекула предмета, његове топлотне енергије. Што је веће кретање молекула, температура је виша. Мери се у степени Целзијуса, степени Келвина, степени Ранкина или степени Фахренхеита. На слици 5 приказана је еквиваленција између неких температурних скала.
Термодинамички принципи
Проучавање енергетских трансформација у термодинамици засновано је на четири закона. Први и други закон повезани су са квалитетом и количином енергије; док су трећи и четврти закон повезани са термодинамичким својствима (температура и ентропија). Погледајте слике 6 и 7.
Први закон термодинамике:
Први закон успоставља принцип очувања енергије. Енергија се може пренети из једног тела у друго или променити у други облик енергије, али се увек чува, тако да укупна количина енергије увек остаје константна.
Клизачка рампа је добар пример Закона о очувању енергије, где се утврђује да се енергија не ствара или уништава, већ се трансформише у другу врсту енергије. За клизаче попут овог на слици 8, на које утиче само гравитациона сила, морамо:
- Позиција 1: Када је клизач на врху рампе, он има унутрашњу енергију и потенцијалну енергију због висине на којој је, али његова кинетичка енергија је нула јер није у покрету (брзина = 0 м / с).
- Позиција 2: Како клизач почиње да клизи низ рампу, висина се смањује, смањујући унутрашњу и потенцијалну енергију, али повећавајући његову кинетичку енергију, јер му се брзина повећава. Енергија се трансформише у кинетичку. Када клизач достигне најнижу тачку рампе (положај 2), његова потенцијална енергија је нула (висина = 0м), док највећу брзину постиже током свог путовања низ рампу.
- Позиција 3: Како се рампа подиже, клизач губи брзину, смањујући своју кинетичку енергију, али унутрашња енергија се повећава, а потенцијална енергија, како добија на висини.
Други закон термодинамике:
Други закон се односи на „квалитет“ енергије, у оптимизацији претворбе и / или преноса енергије. Овим законом се утврђује да у стварним процесима квалитет енергије тежи паду. Уведена је дефиниција термодинамичког својства „ентропија“. У изјавама другог закона утврђује се када процес може да се догоди, а када не, чак и ако се први закон и даље поштује. Погледајте слику 9.
Нулти закон:
Нулти закон каже да су два система у равнотежи са трећим у равнотежи једни с другима. На пример, за слику 10, ако је А у топлотној равнотежи са Ц, а Ц је у топлотној равнотежи са Б, онда је А у топлотној равнотежи са Б.
Остали концепти Т.ермодинамика
Систем
Део универзума који вас занима или проучава. За шољу кафе на слици 11 „систем“ је садржај шоље (кафе) у којој се може проучавати пренос топлотне енергије. Погледајте слику 12. [4]
Животна средина
То је остатак свемира ван система који се проучава. На слици 12. шоља за кафу сматра се „границом“ која садржи кафу (систем), а оно што је изван шоље (ивица) је „окружење“ система.
Термодинамичка равнотежа
Држава у којој су својства система добро дефинисана и не мењају се током времена. Када систем представља топлотну, механичку и хемијску равнотежу, он је у „термодинамичкој равнотежи“. У равнотежи, систем не може модификовати своје стање уколико на њега не делује спољни агент. Погледајте слику 13.
Паред
Ентитет који дозвољава или спречава интеракцију између система. Ако зид дозвољава пролазак супстанце, каже се да је то пропусни зид. Адијабатски зид је онај који не дозвољава пренос топлоте између два система. Када зид омогућава пренос топлотне енергије, назива се дијатермијским зидом. Погледајте слику 14.
Закључци
Енергија је способност кретања материје. Ово се може трансформисати модификовањем његове ситуације или стања.
Термодинамика је наука која проучава размене и трансформације енергије у процесима. Проучавање енергетских трансформација у термодинамици засновано је на четири закона. Први и други закон повезани су са квалитетом и количином енергије; док су трећи и четврти закон повезани са термодинамичким својствима (температура и ентропија).
Температура је мера степена агитације молекула који чине тело, док је топлота пренос топлотне енергије између два тела која су на различитим температурама.
Термодинамичка равнотежа постоји када је систем истовремено у топлотној равнотежи, механичкој равнотежи и хемијској равнотежи.
Захвалница: За развој овог чланка имали смо част да имамо савет од Инг. Марисол Пино, специјалиста за индустријску меру и контролу.