Termodinamik, nedir ve uygulamaları

Termodinamik, enerji çalışmasına dayanan bir bilimdir. Termodinamik süreçler günlük yaşamda, evlerde, endüstride, iklimlendirme ekipmanı, buzdolapları, arabalar, kazanlar ve diğerleri gibi enerjinin dönüşümü ile günlük olarak gerçekleşir. Bu nedenle, enerjinin kalitesi ve miktarı ile termodinamik özellikler arasındaki ilişkileri kuran dört temel yasaya dayanan Termodinamik çalışmasının önemi budur.

Termodinamiğin yasalarını kolay bir şekilde anlamak için, aşağıda açıklanan enerji, ısı, sıcaklık gibi bazı temel kavramlardan başlamak gerekir.

Sizi makaleyi görmeye davet ediyoruz Watt Yasasının Gücü (Uygulamalar - Alıştırmalar)

Termodinamik

Biraz tarih:

Termodinamik, süreçlerdeki enerji değişimlerini ve dönüşümlerini inceler. Zaten 1600'lerde Galileo, cam termometrenin icadı ve bir akışkanın yoğunluğu ile sıcaklığı arasındaki ilişki ile bu alanda çalışmalar yapmaya başladı.

Sanayi devrimi ile 1697'den itibaren Thomas Savery'nin buhar motoru ile ısı, iş ve yakıtların enerjisi arasındaki ilişkilerin yanı sıra buhar motorlarında performansı iyileştirmek için çalışmalar yapılmaktadır. Termodinamiğin birinci ve ikinci yasaları 1850'de oluşturuldu. Joule, Kelvin, Clausius, Boltzmann, Carnot, Clapeyron, Gibbs, Maxwell gibi birçok bilim adamı, diğerlerinin yanı sıra bu bilimin gelişmesine katkıda bulundu, "Termodinamik".

Termodinamik nedir?

Termodinamik, enerji dönüşümlerini inceleyen bir bilim dalıdır. Başlangıçta ısının güce nasıl dönüştürüleceği çalışıldığından beri, bu yeni bilime Yunanca "termos" ve "dinamis" kelimeleri kullanılarak "termodinamik" kelimesi oluşturuldu. Şekil 1'e bakınız.

Termodinamik Uygulamalar

Termodinamiğin uygulama alanı çok geniştir. Enerjinin dönüşümü, ürünlerin üretimi için çok sayıda endüstriyel işlemde bile, insan vücudundan, gıdanın sindirilmesiyle birlikte birçok işlemde gerçekleşir. Evlerde, termodinamiğin diğerlerinin yanı sıra ütülere, su ısıtıcılarına, klimalara uygulandığı cihazlar da vardır. Termodinamiğin ilkeleri, enerji santralleri, otomobiller ve roketler gibi çok çeşitli alanlarda da uygulanmaktadır. Şekil 2'ye bakınız.

Temelleri Termodinamik

Enerji (E)

Durumunu veya durumunu değiştirerek dönüştürülebilen herhangi bir maddi veya maddi olmayan gövde veya sistemin mülkiyeti. Maddeyi hareket ettirme potansiyeli veya yeteneği olarak da tanımlanır. Şekil 3'te bazı enerji kaynaklarını görebilirsiniz.

Enerji formları

Enerji, diğerleri arasında rüzgar, elektrik, mekanik, nükleer enerji gibi birçok biçimde gelir. Termodinamik çalışmalarında kinetik enerji, potansiyel enerji ve cisimlerin iç enerjisi kullanılır. Kinetik enerji (Ec), hız, yükseklik ile potansiyel enerji (Ep) ve iç moleküllerin hareketi ile iç enerji (U) ile ilgilidir. Şekil 4'e bakınız.

Isı (Q):

Farklı sıcaklıklarda olan iki cisim arasında termal enerji transferi. Isı Joule, BTU, pound-feet veya kalori cinsinden ölçülür.

Sıcaklık (T):

Herhangi bir maddi nesneyi oluşturan atomların veya moleküllerin kinetik enerjisinin bir ölçüsüdür. Bir nesnenin iç moleküllerinin ve termal enerjisinin çalkalama derecesini ölçer. Moleküllerin hareketi ne kadar büyükse, sıcaklık da o kadar yüksek olur. Santigrat derece, Kelvin derece, Rankin derece veya Fahrenheit derece cinsinden ölçülür. Şekil 5'te bazı sıcaklık ölçekleri arasındaki eşdeğerlik sunulmuştur.

Termodinamik Prensipler

Termodinamikteki enerji dönüşümlerinin incelenmesi dört yasaya dayanmaktadır. Birinci ve ikinci yasalar, enerjinin kalitesi ve miktarı ile ilgilidir; üçüncü ve dördüncü yasalar ise termodinamik özellikler (sıcaklık ve entropi) ile ilgilidir. Şekil 6 ve 7'ye bakın.

Termodinamiğin Birinci Yasası:

Birinci yasa, enerjinin korunumu ilkesini belirler. Enerji bir vücuttan diğerine aktarılabilir veya başka bir enerji biçimine dönüştürülebilir, ancak her zaman korunur, bu nedenle toplam enerji miktarı her zaman sabit kalır.

Bir paten rampası, enerjinin yaratılmadığı veya yok edilmediği, ancak başka bir enerji türüne dönüştürüldüğü tespit edilen Enerjinin Korunması Yasasına iyi bir örnektir. Şekil 8'deki gibi bir patenci için, yalnızca yerçekimi kuvveti etkilediğinde, şunları yapmamız gerekir:

• Pozisyon 1: Patenci rampanın tepesindeyken, bulunduğu yükseklikten dolayı iç enerjiye ve potansiyel enerjiye sahiptir, ancak hareket halinde olmadığı için kinetik enerjisi sıfırdır (hız = 0 m / s).
• Pozisyon 2: Patenci rampadan aşağı kaymaya başladığında, yükseklik azalır, iç enerji ve potansiyel enerji azalır, ancak hızı arttığı için kinetik enerjisi artar. Enerji, kinetik enerjiye dönüştürülür. Patenci rampanın en alçak noktasına (konum 2) ulaştığında, potansiyel enerjisi sıfırdır (yükseklik = 0m), bu sırada rampadan aşağı yolculuğunda en yüksek hızı elde eder.
• Pozisyon 3: Rampa yükseldikçe, patenci kinetik enerjisini düşürerek hızını kaybeder, ancak yükseklik kazandıkça iç enerji ve potansiyel enerji artar.

Termodinamiğin ikinci yasası:

İkinci yasa, enerjinin dönüşümü ve / veya iletiminin optimizasyonunda enerjinin "kalitesi" ile ilgilidir. Bu yasa, gerçek süreçlerde enerji kalitesinin düşme eğiliminde olduğunu tespit eder. Termodinamik özellik "entropi" nin tanımı tanıtıldı. İkinci kanunun ifadelerinde, birinci kanuna uyulmaya devam edilse bile bir sürecin ne zaman meydana gelip ne zaman gerçekleşemeyeceği belirlenir. Şekil 9'a bakınız.

Sıfır Yasası:

Sıfır yasası, eğer iki sistem üçte biriyle dengede ise, birbirleriyle dengede olduklarını belirtir. Örneğin, Şekil 10 için, eğer A, C ile termal dengede ise ve C, B ile termal dengede ise, o zaman A, B ile termal dengede demektir.

T'nin diğer kavramlarıErmodinamik

Sistem

Evrenin ilgi ya da incelenen kısmı. Şekil 11'deki kahve fincanı için "sistem", termal enerji transferinin çalışılabildiği fincan (kahve) içeriğidir. Şekil 12. [4]

Çevre

İncelenen sistemin dışında kalan evrenin geri kalanıdır. Şekil 12'de kahve fincanı, kahveyi (sistemi) içeren "sınır" olarak kabul edilir ve fincan (sınır) dışında kalan, sistemin "ortamı" dır.

Termodinamik Denge

Sistemin özelliklerinin iyi tanımlandığı ve zamanla değişmediği durum. Bir sistem termal denge, mekanik denge ve kimyasal denge sunduğu zaman, "termodinamik denge" içindedir. Dengede, bir sistem, harici bir etmen ona etki etmedikçe durumunu değiştiremez. Şekil 13'e bakınız.

Soyulmuş

Sistemler arasındaki etkileşimlere izin veren veya engelleyen varlık. Duvar, maddenin geçişine izin veriyorsa, geçirgen bir duvar olduğu söylenir. Adyabatik duvar, iki sistem arasında ısı transferine izin vermeyen duvardır. Duvar termal enerjinin transferine izin verdiğinde buna diatermik duvar denir. Şekil 14'e bakınız.

Sonuçlar

Enerji, maddeyi hareket ettirme yeteneğidir. Bu, durumunu veya durumunu değiştirerek dönüştürülebilir.

Termodinamik, süreçlerdeki enerji değişimlerini ve dönüşümlerini inceleyen bir bilim dalıdır. Termodinamikteki enerji dönüşümlerinin incelenmesi dört yasaya dayanmaktadır. Birinci ve ikinci yasalar, enerjinin kalitesi ve miktarı ile ilgilidir; üçüncü ve dördüncü yasalar ise termodinamik özellikler (sıcaklık ve entropi) ile ilgilidir.

Sıcaklık, bir bedeni oluşturan moleküllerin çalkalama derecesinin bir ölçüsü iken, ısı, farklı sıcaklıklarda olan iki cisim arasındaki termal enerjinin transferidir.

Sistem aynı anda termal denge, mekanik denge ve kimyasal dengede olduğunda termodinamik denge vardır.

Teşekkürler notu: Bu makalenin geliştirilmesi için, Ing. Marisol Pino, Endüstriyel Enstrümantasyon ve Kontrol Uzmanı.