Kanuni za Thermodynamic
Ili kuelewa, kwa njia rahisi, ulimwengu mpana na mgumu wa Thermodynamics, inashauriwa kwenda hatua kwa hatua ukianza na mapitio ya maneno ya msingi, utangulizi wa kanuni za thermodynamic, na kisha ujifunze kwa kina zaidi sheria za thermodynamic, jinsi zinaonyeshwa kimahesabu. na matumizi yake.
Pamoja na sheria nne za thermodynamics (sheria sifuri, sheria ya kwanza, sheria ya pili na sheria ya tatu), inaelezewa jinsi uhamishaji na mabadiliko ya nishati kati ya mifumo tofauti hufanya kazi; kuwa msingi wa kuelewa hali nyingi za fizikia za asili.
Mapitio ya dhana za kimsingi
Tunakualika uone nakala hiyo THERMODYNAMICS, ni nini na matumizi yake
Unaweza kukamilisha habari hii na kifungu hicho Nguvu ya Sheria ya Watt (Matumizi - Mazoezi) Kwa sasa TUNAFUATA ...
Aina za nishati
Nishati, mali ya miili kujibadilisha kwa kurekebisha hali zao au hali, huja katika aina nyingi, kama vile nishati ya kinetic, nishati inayowezekana na nishati ya ndani ya miili. Angalia kielelezo 1.
Kazi
Ni bidhaa ya nguvu na uhamishaji, zote mbili zikipimwa kwa mwelekeo mmoja. Ili kuhesabu kazi, sehemu ya nguvu ambayo ni sawa na uhamishaji wa kitu hutumiwa. Kazi hupimwa katika Nm, Joule (J), ft. Lb-f, au BTU. Angalia kielelezo 2.
Joto (Q)
Uhamisho wa nishati ya joto kati ya miili miwili ambayo iko katika joto tofauti, na hufanyika tu kwa maana kwamba joto hupungua. Joto hupimwa katika Joule, BTU, pauni-miguu, au kwa kalori. Tazama kielelezo 3.
Kanuni za Thermodynamic
Sheria ya Zero - Kanuni ya Zero
Sheria ya sifuri ya thermodynamics inasema kwamba ikiwa vitu viwili, A na B, viko katika usawa wa joto na kila mmoja, na kitu A kiko katika usawa na kitu cha tatu C, basi kitu B kiko katika usawa wa joto na kitu C. Usawa wa Mafuta hufanyika. wakati miili miwili au zaidi iko kwenye joto moja. Angalia kielelezo 4.
Sheria hii inachukuliwa kuwa sheria ya msingi ya thermodynamics. Iliwekwa kama "Sheria ya Zero" mnamo 1935, kwani ilisimamishwa baada ya sheria ya kwanza na ya pili ya thermodynamics kutengenezwa.
Sheria ya 1 ya Thermodynamics (Kanuni ya uhifadhi wa nishati)
Taarifa ya Sheria ya Kwanza ya Thermodynamics:
Sheria ya kwanza ya thermodynamics, pia inajulikana kama kanuni ya uhifadhi wa nishati, inasema kwamba nishati haijaundwa au kuharibiwa, inabadilishwa tu kuwa aina nyingine ya nishati, au inahamishwa kutoka kitu kimoja kwenda kingine. Kwa hivyo jumla ya nishati katika ulimwengu haibadiliki.
Sheria ya kwanza inatimizwa katika "kila kitu", nishati huhamishwa na kubadilishwa kila wakati, kwa mfano, katika vifaa vingine vya umeme, kama vile mixers na blenders, nishati ya umeme hubadilishwa kuwa nishati ya mitambo na ya mafuta, katika mwili wa binadamu hubadilishwa kemikali nishati ya chakula ambayo humezwa ndani ya nishati ya kinetic wakati mwili unaendelea, au mifano mingine kama ile iliyoonyeshwa kwenye sura ya 5.
Mlingano wa Sheria ya Kwanza ya Thermodynamics:
Mlingano wa sheria ya kwanza ndani ya kanuni za thermodynamic huonyesha usawa ambao lazima uwepo kati ya aina tofauti za nishati katika mchakato uliopewa. Kwa kuwa, katika mifumo iliyofungwa [1], ubadilishanaji wa nishati unaweza kutolewa tu na uhamishaji wa joto, au na kazi iliyofanywa (na au kwenye mfumo), inathibitishwa kuwa tofauti ya nishati ya mfumo ni sawa na jumla ya uhamishaji wa nishati kupitia joto na kupitia kazi. Tazama sura ya 6.
Kwa kuzingatia kuwa nguvu zinazozingatiwa katika usawa huu wa nishati ni nishati ya kinetiki, nishati inayowezekana na nishati ya ndani [1], usawa wa nishati kwa mifumo iliyofungwa unabaki kama inavyoonekana kwenye takwimu 7.
- (Ek) Nishati ya Kinetic, kwa sababu ya harakati ya mwili;
- (ep) Uwezo wa Nishati, kwa sababu ya msimamo wa mwili katika uwanja wa mvuto;
- (AU) Nishati ya ndani, kwa sababu ya michango microscopic ya nguvu ya kinetic na uwezo wa molekuli za ndani za mwili.
Zoezi 1.
Chombo kilichofungwa kina dutu, na nishati ya awali ya 10 kJ. Dutu hii huchochewa na propela inayofanya kazi 500 J, wakati chanzo cha joto huhamisha 20 kJ ya joto kwa dutu hii. Kwa kuongeza, 3kJ ya joto hutolewa hewani wakati wa mchakato. Tambua nishati ya mwisho ya dutu hii. Angalia kielelezo 8.
ufumbuzi:
Katika sura ya 9 unaweza kuona joto lililoongezwa na chanzo cha joto, ambacho kinachukuliwa kuwa "chanya" kwani inaongeza nguvu ya dutu, joto ambalo hutolewa hewani, hasi kwani inapunguza nguvu ya dutu hii, na kazi ya propela, ambayo iliongeza nguvu ilichukua ishara nzuri.
Katika sura ya 10 usawa wa nishati umewasilishwa, kulingana na sheria ya kwanza ya thermodynamics na nishati ya mwisho ya dutu hii inapatikana.
Sheria ya pili ya thermodynamics
Kuna taarifa kadhaa za sheria ya pili ya thermodynamics: Taarifa ya Planck-Kelvin, Clausius, Carnot. Kila mmoja wao anaonyesha hali tofauti ya sheria ya pili. Kwa ujumla sheria ya pili ya thermodynamics inaelezea:
- Mwelekeo wa michakato ya thermodynamic, kutoweka kwa hali ya mwili.
- Ufanisi wa mashine za joto.
- Ingiza mali "entropy".
Mwelekeo wa michakato ya thermodynamic:
Kwa asili katika asili, nishati hutiririka au huhamishwa kutoka hali ya juu kabisa ya nishati kwenda hali ya chini kabisa ya nishati. Joto hutiririka kutoka kwa miili moto hadi miili baridi na sio njia nyingine. Angalia kielelezo 11.
Ufanisi au utendaji wa joto:
Kulingana na sheria ya kwanza ya thermodynamics, nishati haijaundwa wala kuharibiwa, lakini inaweza kubadilishwa au kuhamishwa. Lakini katika uhamishaji wote wa nishati au mabadiliko kiasi chake sio muhimu kufanya kazi. Kama nishati inahamishwa au kubadilishwa, sehemu ya nishati ya kwanza hutolewa kama nishati ya joto: nishati hupungua, hupoteza ubora.
Katika mabadiliko yoyote ya nishati, kiwango cha nishati inayopatikana kila wakati ni chini ya nishati inayotolewa. Ufanisi wa joto ni kiwango cha joto kutoka kwa chanzo ambacho hubadilishwa kuwa kazi, uwiano kati ya nishati inayofaa inayopatikana na nishati inayotolewa katika mabadiliko. Angalia kielelezo 12.
Mashine ya Mafuta au Mashine ya Joto:
Mashine ya joto ni kifaa ambacho hubadilisha joto kuwa kazi au nishati ya kiufundi, ambayo inahitaji chanzo kinachotoa joto kwa joto la juu.
Katika mashine za joto dutu kama vile mvuke wa maji, hewa au mafuta hutumiwa. Dutu hii hupitia safu ya mabadiliko ya thermodynamic kwa njia ya mzunguko, ili mashine iweze kufanya kazi kila wakati.
Zoezi 2.
Injini ya gari ya mizigo hutoa joto mwako kwa kuchoma petroli. Kwa kila mzunguko wa injini, joto la 5 kJ hubadilishwa kuwa 1kJ ya kazi ya kiufundi. Je! Ufanisi wa gari ni nini? Je! Ni joto ngapi hutolewa kwa kila mzunguko wa injini? Tazama takwimu 13
ufumbuzi:
Kuamua joto lililotolewa, inadhaniwa kuwa katika mashine za joto kazi ya wavu ni sawa na uhamisho wa joto wa wavu kwenye mfumo. Angalia kielelezo 14.
Entropy:
Entropy ni kiwango cha ubadilishaji au shida katika mfumo. Entropy inafanya uwezekano wa kupima sehemu ya nishati ambayo haiwezi kutumika kutengeneza kazi, ambayo ni, inafanya uwezekano wa kupima kutowezekana kwa mchakato wa thermodynamic.
Kila uhamisho wa nishati unaotokea huongeza ushawishi wa ulimwengu na hupunguza kiwango cha nishati inayoweza kutumika kufanya kazi. Mchakato wowote wa thermodynamic utaendelea kwa mwelekeo ambao huongeza entropy jumla ya ulimwengu. Angalia kielelezo 15.
Sheria ya 3 ya Thermodynamics
Sheria ya Tatu ya Thermodynamics au Nerst Postulate
Sheria ya tatu ya thermodynamics inahusiana na joto na baridi. Inasema kwamba uingilivu wa mfumo kwa sifuri kabisa ni mara kwa mara dhahiri. Angalia kielelezo 16.
Zero kabisa ni joto la chini kabisa chini ambayo hakuna tena kipimo cha chini, ni baridi zaidi ambayo mwili unaweza kuwa. Zero kabisa ni 0 K, sawa na -273,15 ºC.
Hitimisho
Kuna kanuni nne za thermodynamic. Katika kanuni ya sifuri imebainika kuwa usawa wa joto hufanyika wakati miili miwili au zaidi iko kwenye joto moja.
Sheria ya kwanza ya thermodynamics inahusika na uhifadhi wa nishati kati ya michakato, wakati sheria ya pili ya thermodynamics inahusika na mwelekeo kutoka chini kabisa hadi juu, na ufanisi au utendaji wa injini za joto zinazobadilisha joto kuwa kazi.
Sheria ya tatu ya thermodynamics inahusiana na hali ya joto na baridi, inasema kwamba entropy ya mfumo kwa sifuri kabisa ni mara kwa mara dhahiri.