Termodinamik tamoyillar
Termodinamikaning keng va murakkab dunyosini osonlikcha tushunish uchun asosiy terminlarni qayta ko'rib chiqish, termodinamik printsiplar bilan tanishtirish, so'ngra termodinamik qonunlarni, ular qanday ishlashini chuqurroq o'rganish bilan bosqichma-bosqich borish tavsiya etiladi. matematik jihatdan ifodalangan.va uning qo'llanilishi.
Termodinamikaning to'rtta qonuni bilan (nol qonun, birinchi qonun, ikkinchi qonun va uchinchi qonun) turli xil tizimlar orasidagi energiyaning o'tkazilishi va o'zgarishi qanday ishlashi tasvirlangan; tabiatning ko'plab fizik-kimyoviy hodisalarini tushunish uchun asos bo'lish.
Asosiy tushunchalarni ko'rib chiqish
Sizni maqolani ko'rishga taklif qilamiz Termodinamika, bu nima va uning qo'llanilishi
Siz ushbu ma'lumotni maqola bilan to'ldirishingiz mumkin Vatt qonunining kuchi (dasturlar - mashq) Hozir uchun BIZ BIZNI QO'ShIMChA QILAMIZ ...
Energiya shakllari
Jismlarning holati yoki holatini o'zgartirib, o'zlarini o'zgartirish xususiyatiga ega bo'lgan energiya, turli shakllarda bo'ladi kinetik energiya, potentsial energiya va jismlarning ichki energiyasi. 1-rasmga qarang.
Ish
Bu kuch va siljish hosilasi, ikkalasi ham bir xil yo'nalishda o'lchanadi. Ishni hisoblash uchun ob'ektning siljishiga parallel bo'lgan kuchning tarkibiy qismi ishlatiladi. Ish Nm, Joule (J), ft.lb-f yoki BTU da o'lchanadi. 2-rasmga qarang.
Issiqlik (Q)
Issiqlik energiyasini har xil haroratda bo'lgan ikki jism o'rtasida o'tkazish va bu faqat harorat pasayishi ma'nosida sodir bo'ladi. Issiqlik Joule, BTU, funt-fut yoki kaloriya bilan o'lchanadi. 3-rasmga qarang.
Termodinamik tamoyillar
Nolinchi qonun - nol tamoyil
Termodinamikaning nol qonuni shuni ko'rsatadiki, agar A va B ikkita ob'ekt bir-biri bilan issiqlik muvozanatida bo'lsa va A ob'ekti uchinchi ob'ekt C bilan muvozanatda bo'lsa, u holda B ob'ekti S ob'ekt bilan issiqlik muvozanatida bo'ladi. ikki yoki undan ortiq jismlar bir xil haroratda bo'lganda. 4-rasmga qarang.
Ushbu qonun termodinamikaning asosiy qonuni hisoblanadi. U 1935 yilda "Nolinchi qonun" deb e'lon qilingan, chunki u termodinamikaning birinchi va ikkinchi qonunlari qabul qilingandan keyin e'lon qilingan.
Termodinamikaning 1-qonuni (energiyani tejash printsipi)
Termodinamikaning birinchi qonunining bayonoti:
Energiyani tejash printsipi deb ham ataladigan termodinamikaning birinchi qonuni energiya yaratilmaydi yoki yo'q qilinmaydi, u faqat boshqa energiya turiga aylanadi yoki u bir ob'ektdan ikkinchisiga o'tadi, deb ta'kidlaydi. Shunday qilib koinotdagi umumiy energiya miqdori o'zgarmaydi.
Birinchi qonun "hamma narsada" bajariladi, energiya doimiy ravishda uzatiladi va o'zgaradi, masalan, ba'zi elektr qurilmalarda, masalan, mikserlar va aralashtirgichlarda, elektr energiyasi mexanik va issiqlik energiyasiga aylanadi, inson tanasida ular kimyoviy tana harakatlanayotganda kinetik energiyaga tushadigan oziq-ovqat energiyasi yoki 5-rasmda ko'rsatilgan boshqa misollar.
Termodinamikaning birinchi qonunining tenglamasi:
Termodinamik printsiplar ichidagi birinchi qonunning tenglamasi ma'lum bir jarayonda turli xil energiya turlari o'rtasida mavjud bo'lishi kerak bo'lgan muvozanatni ifodalaydi. Chunki, yopiq tizimlarda [1] energiya almashinuvi faqat issiqlik uzatilishi bilan yoki (yoki tizim bo'yicha) bajarilgan ish bilan berilishi mumkin, chunki tizimning energiya o'zgarishi yig'indisiga teng issiqlik va ish orqali energiya uzatish. 6-rasmga qarang.
Ushbu energiya balansida ko'rib chiqiladigan energiya kinetik energiya, potentsial energiya va ichki energiya [1] ekanligini hisobga olsak, yopiq tizimlar uchun energiya balansi 7-rasmda ko'rsatilgandek qoladi.
- (Ek) Kinetik energiya, tananing harakati tufayli;
- (ep) Potentsial energiya, tananing tortishish kuchidagi holati tufayli;
- (YOKI) Ichki energiya, tananing ichki molekulalarining kinetik va potentsial energiyasining mikroskopik hissalari tufayli.
1 mashqlari
Muhrlangan idishda dastlabki energiya 10 kJ bo'lgan modda mavjud. Moddani 500 J ishini bajaradigan parvona bilan aralashtiriladi, issiqlik manbai moddaga 20 kJ issiqlik uzatadi. Bundan tashqari, jarayon davomida havoga 3kJ issiqlik tarqaladi. Moddaning yakuniy energiyasini aniqlang. 8-rasmga qarang.
Biznes:
9-rasmda siz issiqlik manbai qo'shgan issiqlikni ko'rishingiz mumkin, chunki u "ijobiy" deb hisoblanadi, chunki u moddaning energiyasini oshiradi, havoga chiqadigan issiqni, chunki u moddaning energiyasini pasaytiradi va pervanenin ishi, bu energiyani oshirdi ijobiy belgini oldi.
10-rasmda energiya balansi keltirilgan, termodinamikaning birinchi qonuni bo'yicha va moddaning yakuniy energiyasi olinadi.
Termodinamikaning ikkinchi qonuni
Termodinamikaning ikkinchi qonunining bir nechta bayonlari mavjud: Plank-Kelvin, Klauziy, Karno bayonoti. Ularning har biri ikkinchi qonunning har xil tomonlarini ko'rsatadi. Umuman olganda, termodinamikaning ikkinchi qonuni quyidagicha joylashadi:
- Termodinamik jarayonlarning yo'nalishi, fizik hodisalarning qaytarilmasligi.
- Issiqlik mashinalarining samaradorligi.
- "Entropiya" xususiyatini kiriting.
Termodinamik jarayonlarning yo'nalishi:
Tabiatda o'z-o'zidan energiya eng yuqori energiya holatidan eng past energiya holatiga o'tadi yoki uzatiladi. Issiqlik issiq jismlardan sovuq jismlarga oqib keladi va aksincha emas. 11-rasmga qarang.
Samaradorlik yoki issiqlik ko'rsatkichlari:
Termodinamikaning birinchi qonuniga binoan energiya yaratilmaydi va yo'q qilinmaydi, lekin uni o'zgartirish yoki o'tkazish mumkin. Ammo barcha energiya uzatishda yoki o'zgarishlarda uning bir qismi ish qilish uchun foydali emas. Energiya uzatilganda yoki o'zgartirilganda, dastlabki energiyaning bir qismi issiqlik energiyasi sifatida ajralib chiqadi: energiya susayadi, sifatini yo'qotadi.
Har qanday energiyani o'zgartirishda olingan energiya miqdori har doim etkazib beriladigan energiyadan kamroq bo'ladi. Issiqlik samaradorligi - bu ishga aylanadigan manbadan olinadigan issiqlik miqdori, olingan foydali energiya va transformatsiyalashda berilgan energiya o'rtasidagi nisbat. 12-rasmga qarang.
Issiqlik mashinasi yoki issiqlik mashinasi:
Issiqlik mashinasi - bu issiqlikni qisman ish yoki mexanik energiyaga aylantiradigan uskuna, buning uchun yuqori haroratda issiqlik etkazib beradigan manba talab qilinadi.
Issiqlik mashinalarida suv bug'lari, havo yoki yoqilg'i kabi moddalar ishlatiladi. Mashina uzluksiz ishlashi uchun modda tsiklik usulda bir qator termodinamik transformatsiyalarni amalga oshiradi.
2 mashqlari
Yuk tashish vositasining dvigateli benzin yoqish orqali yonishda issiqlik hosil qiladi. Dvigatelning har bir aylanishi uchun 5 kJ issiqlik 1kJ mexanik ishlarga aylanadi. Dvigatelning samaradorligi qanday? Dvigatelning har bir aylanishi uchun qancha issiqlik chiqariladi? 13-rasmga qarang
Biznes:
Chiqarilgan issiqlikni aniqlash uchun issiqlik mashinalarida aniq ish tizimga aniq issiqlik uzatilishiga teng deb qabul qilinadi. 14-rasmga qarang.
Entropiya:
Entropiya - bu tizimdagi tasodifiylik yoki tartibsizlik darajasi. Entropiya energiya ishlab chiqarish uchun ishlatib bo'lmaydigan qismini miqdorini aniqlashga imkon beradi, ya'ni termodinamik jarayonning qaytarilmasligini aniqlashga imkon beradi.
Vujudga kelgan har bir energiya uzatish koinotning entropiyasini oshiradi va ish uchun foydalanish mumkin bo'lgan energiya miqdorini kamaytiradi. Har qanday termodinamik jarayon olamning umumiy entropiyasini ko'paytiradigan yo'nalishda davom etadi. 15-rasmga qarang.
Termodinamikaning 3-qonuni
Termodinamikaning uchinchi qonuni yoki Nerst postulati
Termodinamikaning uchinchi qonuni harorat va sovutish bilan bog'liq. Unda sistemaning absolyut nol darajasidagi entropiyasi aniq konstantadir. 16-rasmga qarang.
Mutlaq nol - bu eng past harorat, undan pastroq o'lchov yo'q, bu tanada bo'lishi mumkin bo'lgan eng sovuq. Mutlaq nol 0 K, -273,15 ºC ga teng.
Xulosa
To'rt termodinamik printsip mavjud. Nol printsipida issiqlik muvozanati ikki yoki undan ortiq jismlar bir xil haroratda bo'lganda paydo bo'lishi aniqlangan.
Termodinamikaning birinchi qonuni jarayonlar orasidagi energiyani tejashga bag'ishlangan bo'lsa, ikkinchi qonuni termodinamikaning eng pastdan entropiyaga yo'naltirilganligi va issiqlikni ishga aylantiradigan issiqlik dvigatellarining samaradorligi yoki ishlashi.
Termodinamikaning uchinchi qonuni harorat va sovutish bilan bog'liq bo'lib, unda absolyut nolga teng bo'lgan sistemaning entropiyasi aniq konstantadir.