基本电力技术

热力学,它是什么及其应用

热力学是一门基于能量研究的科学。 热力学过程在日常生活中,家庭,工业中随着能量的转换而发生,例如在空调设备,冰箱,汽车,锅炉等中。 因此,基于建立能量质量和数量与热力学性质之间关系的四个基本定律,进行热力学研究非常重要。

为了轻松理解热力学定律,有必要从下面暴露的一些基本概念入手,例如能量,热量,温度等。

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热力学

小德历史:

热力学研究过程中能量的交换和转化。 伽利略(Galileo)早在1600年代就开始通过玻璃温度计的发明以及流体密度与温度之间的关系在这一领域进行研究。

随着工业革命的发展,人们开始进行研究以了解热量,功和燃料能量之间的关系,并改善蒸汽机的性能,这是自1697年托马斯·萨维里(Thomas Savery)的蒸汽机以来新兴的热力学作为研究科学。 热力学的第一定律和第二定律成立于1850年。许多科学家,例如焦耳,开尔文,克劳修斯,玻尔兹曼,卡诺,克拉珀龙,吉布斯,麦克斯韦等人,为热科学的发展做出了贡献。

什么是热力学?

热力学是一门研究能量转换的科学。 自从最初研究如何将热能转化为动力以来,在蒸汽机中,希腊语“ thermos”和“ dynamis”被用来命名这一新科学,从而形成了“热力学”一词。 参见图1。

热力学一词的由来

热力学应用

热力学的应用领域非常广泛。 能量的转换发生在从人体到食物消化的多个过程中,再到用于生产产品的众多工业过程中。 在家庭中,还有将热力学应用于熨斗,热水器,空调等的设备。 热力学原理还广泛应用于发电厂,汽车和火箭等领域。 参见图2。

热力学的一些用途

基础知识 热力学

能量(E)

可以通过更改其状况或状态而转换的任何物质或非物质主体或系统的属性。 它也被定义为移动物质的潜力或能力。 在图3中,您可以看到一些能源。

能源

能量形式

能源以多种形式出现,例如风能,电能,机械能,核能等。 在热力学研究中,使用了物体的动能,势能和内能。 动能(Ec)与速度有关,势能(Ep)与高度有关,而内部能量(U)与内部分子的移动有关。 参见图4。

热力学中的动力学,势能和内能。

热量(Q):

热能在温度不同的两个物体之间的传递。 热量以焦耳,BTU,磅英尺或卡路里为单位。

温度(T):

它是构成任何物质对象的原子或分子的动能的量度。 它测量物体内部分子的搅动程度及其热能。 分子的运动越大,温度越高。 单位为摄氏度,开氏度,兰金度或华氏度。 在图5中,给出了一些温度范围之间的等价关系。

一些比较和温度标度。

热力学原理

热力学中能量转换的研究基于四个定律。 第一和第二定律与能量的质量和数量有关;第二定律与能量的质量和数量有关。 而第三和第四定律与热力学性质(温度和熵)有关。 见图6和7。

与热力学中的能量有关的定律。

热力学第一定律:

第一部法律确立了能量守恒的原则。 能量可以从一个物体传递到另一个物体,也可以转换为另一种形式的能量,但是它始终是守恒的,因此能量的总量始终保持恒定。

与热力学性质有关的定律

溜冰坡道是能量守恒定律的一个很好的例子,在该定律中发现能量不是产生或破坏的,而是转化为另一种能量的。 对于图8中的溜冰者,只有重力影响时,我们必须:

  • 位置1: 当滑冰者在坡道的顶部时,由于身高而具有内部能量和势能,但是由于他不运动(速度= 0 m / s),因此他的动能为零。
  • 位置2: 当溜冰者开始滑下坡道时,身高降低,内部能量和势能减小,但随着速度的增加,动能增加。 能量转化为动能。 当溜冰者到达坡道的最低点(位置2)时,他的势能为零(高度= 0m),而他在坡道下的旅程中获得了最高速度。
  • 位置3: 随着坡道的上升,溜冰者会失去速度,减少其动能,但随着身高的增加,其内能和势能也会增加。
热力学中的能量守恒。

热力学第二定律:

第二定律与能量转换和/或传输的优化中的能量“质量”有关。 该定律确定,在实际过程中,能源质量趋于下降。 介绍了热力学性质“熵”的定义。 在第二条法律的陈述中,确定了何时可以发生流程以及何时不能发生流程,即使继续遵守第一条法律也是如此。 参见图9。

传热感。

零法则:

零定律指出,如果两个系统与第三个系统处于平衡状态,则它们彼此处于平衡状态。 例如,对于图10,如果A与C处于热平衡,并且C与B处于热平衡,则A与B处于热平衡。

热力学零定律

T的其他概念动力动力学

系统

宇宙中感兴趣或研究的部分。 对于图11中的一杯咖啡,“系统”是杯子(咖啡)中可以研究热能传递的内容。 见图12。[4]

热力学系统的系统,边界和环境。

环境环境

它是所研究系统外部的宇宙的其余部分。 在图12中,咖啡杯被认为是包含咖啡(系统)的“边界”,而杯子(边界)之外的是系统的“环境”。

解释热力学平衡的热力学系统。

热力学平衡

系统属性定义良好且不会随时间变化的状态。 当系统出现热平衡,机械平衡和化学平衡时,它处于“热力学平衡”。 在平衡状态下,除非外部因素对其起作用,否则系统无法修改其状态。 见图13。

热力学平衡

允许或阻止系统之间交互的实体。 如果该壁允许物质通过,则称其为可渗透的壁。 绝热壁是不允许两个系统之间进行热传递的壁。 当壁允许热能传递时,它称为透热壁。 见图14。

热力系统壁

结论

能量是移动物质的能力。 可以通过修改其状况或状态来对其进行转换。

热力学是一门研究过程中能量交换和转化的科学。 热力学中能量转换的研究基于四个定律。 第一和第二定律与能量的质量和数量有关;第二定律与能量的质量和数量有关。 而第三和第四定律与热力学性质(温度和熵)有关。

温度是组成一个物体的分子搅拌程度的量度,而热量是在两个处于不同温度的物体之间的热能传递。

当系统同时处于热平衡,机械平衡和化学平衡时,就会存在热力学平衡。

谢谢注意: 对于本文的发展,我们很荣幸能得到本文的建议。 Ing。Marisol Pino,工业仪表与控制专家.

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