Thermodynamics, ni nini na matumizi yake

Thermodynamics ni sayansi kulingana na utafiti wa nishati. Michakato ya Thermodynamic hufanyika kila siku katika maisha ya kila siku, majumbani, kwenye tasnia, na mabadiliko ya nguvu, kama vile vifaa vya hali ya hewa, jokofu, magari, boilers, kati ya zingine. Kwa hivyo umuhimu wa utafiti wa Thermodynamics, kulingana na sheria nne za kimsingi ambazo zinaanzisha uhusiano kati ya ubora na wingi wa nishati, na mali ya thermodynamic.

Ili kuelewa sheria za Thermodynamics, kwa njia rahisi, lazima mtu aanze kutoka kwa dhana kadhaa za kimsingi zilizo wazi hapa chini, kama nguvu, joto, joto, kati ya zingine.

Tunakualika uone nakala hiyo Nguvu ya Sheria ya Watt (Matumizi - Mazoezi)

Thermodynamics

historia kidogo:

Thermodynamics inasoma ubadilishaji na mabadiliko ya nishati katika michakato. Tayari katika miaka ya 1600 Galileo alianza kufanya masomo katika eneo hili, na uvumbuzi wa kipima joto cha glasi, na uhusiano wa wiani wa giligili na joto lake.

Pamoja na mapinduzi ya viwandani, tafiti zinafanywa kujua uhusiano kati ya joto, kazi na nishati ya mafuta, na pia kuboresha utendaji wa injini za mvuke, thermodynamics inayoibuka kama sayansi ya utafiti, kuanzia 1697 na injini ya mvuke ya Thomas Savery . Sheria za kwanza na za pili za thermodynamics zilianzishwa mnamo 1850. Wanasayansi wengi kama Joule, Kelvin, Clausius, Boltzmann, Carnot, Clapeyron, Gibbs, Maxwell, kati ya wengine, walichangia ukuaji wa sayansi hii, "Thermodynamics."

Thermodynamics ni nini?

Thermodynamics ni sayansi ambayo inasoma mabadiliko ya nishati. Tangu mwanzoni ilisoma jinsi ya kubadilisha joto kuwa nguvu, katika injini za mvuke, maneno ya Uigiriki "thermos" na "dynamis" yalitumiwa kutaja sayansi hii mpya, na kuunda neno "thermodynamics". Angalia kielelezo 1.

Maombi ya Thermodynamic

Eneo la matumizi ya thermodynamics ni pana sana. Mabadiliko ya nishati hufanyika katika michakato mingi kutoka kwa mwili wa binadamu, na mmeng'enyo wa chakula, hadi michakato mingi ya viwandani kwa utengenezaji wa bidhaa. Katika nyumba pia kuna vifaa ambapo thermodynamics inatumika kwa chuma, hita za maji, viyoyozi, kati ya zingine. Kanuni za thermodynamics pia hutumiwa katika anuwai anuwai ya uwanja, kama vile mimea ya umeme, magari, na roketi. Tazama kielelezo 2.

Misingi ya Thermodynamics

Nishati (E)

Mali ya mwili wowote au nyenzo isiyo ya nyenzo au mfumo ambao unaweza kubadilishwa kwa kurekebisha hali yake au hali. Inafafanuliwa pia kama uwezo au uwezo wa kusonga jambo. Katika sura ya 3 unaweza kuona vyanzo kadhaa vya nishati.

Aina za nishati

Nishati huja katika aina nyingi, kama vile upepo, umeme, mitambo, nishati ya nyuklia, kati ya zingine. Katika utafiti wa thermodynamics, nishati ya kinetic, nishati inayowezekana na nishati ya ndani ya miili hutumiwa. Nishati ya kinetiki (Ek) inahusiana na kasi, nguvu inayowezekana (Ep) na urefu na nishati ya ndani (U) na harakati za molekuli za ndani. Angalia kielelezo 4.

Joto (Q):

Uhamisho wa nishati ya joto kati ya miili miwili ambayo iko katika joto tofauti. Joto hupimwa katika Joule, BTU, pauni-miguu, au kwa kalori.

Joto (T):

Ni kipimo cha nishati ya kinetiki ya atomi au molekuli zinazounda kitu chochote cha nyenzo. Inapima kiwango cha fadhaa ya molekuli za ndani za kitu, ya nishati yake ya joto. Mwendo mkubwa wa molekuli, ndivyo joto linavyokuwa juu. Inapimwa kwa digrii Celsius, digrii Kelvin, digrii Rankine, au digrii Fahrenheit. Katika sura ya 5 usawa kati ya mizani ya joto huwasilishwa.

Kanuni za Thermodynamic

Utafiti wa mabadiliko ya nishati katika thermodynamics inategemea sheria nne. Sheria za kwanza na za pili zinahusiana na ubora na kiwango cha nishati; wakati sheria ya tatu na ya nne zinahusiana na mali ya thermodynamic (joto na entropy). Tazama takwimu 6 na 7.

Sheria ya Kwanza ya Thermodynamics:

Sheria ya kwanza inaweka kanuni ya uhifadhi wa nishati. Nishati inaweza kuhamishwa kutoka kwa mwili mmoja kwenda kwa mwingine, au kubadilishwa kuwa aina nyingine ya nishati, lakini kila wakati huhifadhiwa, kwa hivyo jumla ya nishati daima hubaki kila wakati.

Njia panda ya skating ni mfano mzuri wa Sheria ya Uhifadhi wa nishati, ambapo inapatikana kuwa nishati haijaundwa au kuharibiwa, lakini inabadilishwa kuwa aina nyingine ya nishati. Kwa skater kama ile iliyoko kwenye sura ya 8, wakati nguvu ya uvuto tu inaathiri, lazima tu:

• Jukumu 1: Wakati skater yuko juu ya ngazi, ana nguvu ya ndani na nguvu inayowezekana kwa sababu ya urefu alionao, lakini nguvu yake ya kinetic ni sifuri kwani hayuko mwendo (kasi = 0 m / s).
• Jukumu 2: Wakati skater inapoanza kuteleza kwenye njia panda, urefu hupungua, hupunguza nguvu za ndani na nguvu inayowezekana, lakini ikiongeza nguvu yake ya kinetic, kasi yake inavyoongezeka. Nishati inabadilishwa kuwa nishati ya kinetic. Wakati skater anafikia hatua ya chini kabisa ya ngazi (nafasi ya 2), nguvu zake ni zero (urefu = 0m), wakati anapata kasi ya juu zaidi katika safari yake ya chini ya barabara.
• Jukumu 3: Ramp inapoenda juu, skater hupoteza kasi, hupunguza nguvu zake za kinetic, lakini nguvu za ndani huongezeka, na nguvu inayowezekana, anapopata urefu.

Sheria ya pili ya thermodynamics:

Sheria ya pili inahusiana na "ubora" wa nishati, katika uboreshaji wa ubadilishaji na / au usafirishaji wa nishati. Sheria hii inathibitisha kuwa katika michakato halisi ubora wa nishati huelekea kupungua. Ufafanuzi wa mali ya thermodynamic "entropy" huletwa. Katika taarifa za sheria ya pili, imewekwa wakati mchakato unaweza kutokea na wakati hauwezi, hata ikiwa sheria ya kwanza inaendelea kutii. Angalia kielelezo 9.

Sheria Zero:

Sheria ya sifuri inasema ikiwa mifumo miwili katika usawa na theluthi moja iko katika usawa na kila mmoja. Kwa mfano, kwa Kielelezo 10, ikiwa A iko katika usawa wa joto na C, na C iko katika usawa wa joto na B, basi A iko katika usawa wa joto na B.

Dhana zingine za Termodynamics

System

Sehemu ya ulimwengu ambayo ni ya kupendeza au kusoma. Kwa kikombe cha kahawa kwenye Kielelezo 11, "mfumo" ni yaliyomo kwenye kikombe (kahawa) ambapo uhamishaji wa nishati ya joto unaweza kusomwa. Tazama sura ya 12. [4]

Mazingira

Ni ulimwengu uliobaki nje ya mfumo unaojifunza. Katika Mchoro 12, kikombe cha kahawa kinachukuliwa kama "mpaka" ambao una kahawa (mfumo) na kilicho nje ya kikombe (mpaka) ni "mazingira" ya mfumo.

Usawa wa Thermodynamic

Eleza ambayo mali ya mfumo imeelezewa vizuri na haitofautiani kwa muda. Wakati mfumo unawasilisha usawa wa joto, usawa wa mitambo na usawa wa kemikali, ni katika "usawa wa thermodynamic". Katika usawa, mfumo hauwezi kurekebisha hali yake isipokuwa ikiwa wakala wa nje anaifanyia kazi. Tazama takwimu 13.

Ukuta

Chombo kinachoruhusu au kuzuia mwingiliano kati ya mifumo. Ikiwa ukuta unaruhusu kupita kwa dutu, inasemekana ni ukuta unaoweza kupitishwa. Ukuta wa adiabatic ni ule ambao hairuhusu uhamishaji wa joto kati ya mifumo miwili. Wakati ukuta unaruhusu uhamishaji wa nishati ya joto huitwa ukuta wa diathermic. Angalia kielelezo 14.

Hitimisho

Nishati ni uwezo wa kusonga jambo. Hii inaweza kubadilishwa kwa kurekebisha hali yake au hali.

Thermodynamics ni sayansi ambayo inasoma ubadilishaji na mabadiliko ya nishati katika michakato. Utafiti wa mabadiliko ya nishati katika thermodynamics inategemea sheria nne. Sheria za kwanza na za pili zinahusiana na ubora na kiwango cha nishati; wakati sheria ya tatu na ya nne zinahusiana na mali ya thermodynamic (joto na entropy).

Joto ni kipimo cha kiwango cha msukosuko wa molekuli zinazounda mwili, wakati joto ni uhamisho wa nishati ya joto kati ya miili miwili ambayo iko katika joto tofauti.

Usawa wa Thermodynamic upo wakati mfumo uko wakati huo huo katika usawa wa joto, usawa wa mitambo, na usawa wa kemikali.

Kumbuka: Asante: Kwa maendeleo ya kifungu hiki tumepata heshima ya kupata ushauri wa Ing. Marisol Pino, Mtaalam wa Utengenezaji Vifaa na Udhibiti.