Termodynamika je oblast fyziky, která studuje přenosy energie. Snaží se porozumět vztahům mezi teplem, energií a prací, analyzovat množství vyměněného tepla a práci vykonanou ve fyzickém procesu.
Termodynamická věda byla původně vyvinuta vědci, kteří hledali způsob, jak zlepšit stroje, v období průmyslové revoluce a zlepšit jejich účinnost.
Tyto znalosti se v současné době používají v různých situacích našeho každodenního života. Například: tepelné stroje a chladničky, automobilové motory a procesy pro transformaci minerálů a ropných produktů.
Zákony termodynamiky
Jak se teplo stává prací, řídí se základními zákony termodynamiky a naopak.
První zákon termodynamiky
THE První zákon termodynamiky se vztahuje k princip úspory energie. To znamená, že energii v systému nelze zničit nebo vytvořit, pouze transformovat.
Vzorec, který představuje první zákon termodynamiky, je následující:
Množství tepla, práce a kolísání vnitřní energie mají jako standardní měrnou jednotku Joule (J).
Praktickým příkladem úspory energie je, když člověk nafoukne nafukovací objekt pomocí pumpy, pomocí síly pumpuje vzduch do objektu. To znamená, že kinetická energie způsobuje, že píst klesá. Část této energie se však přeměňuje na teplo, které se ztrácí pro životní prostředí.
THE Hessův zákon je konkrétním případem principu úspory energie. Vědět více!
Druhý zákon termodynamiky
Na přenosy tepla vždy se vyskytují od nejteplejšího těla po nejchladnější tělo, děje se to spontánně, ale ne naopak. Což znamená, že procesy přenosu tepelné energie jsou nevratné.
Tímto způsobem by Druhý zákon termodynamiky, není možné, aby se teplo úplně přeměnilo na jinou formu energie. Z tohoto důvodu je teplo považováno za degradovanou formu energie.
Fyzikální veličina související s druhým zákonem termodynamiky je entropie, což odpovídá stupni poruchy systému.
Přečtěte si také:
- Carnotův cyklus
- Teplotní roztažnost
Nulový zákon termodynamiky
THE Nulový zákon termodynamiky se zabývá podmínkami pro získání tepelná bilance. Z těchto podmínek můžeme zmínit vliv materiálů, které zvyšují nebo snižují tepelnou vodivost.
Podle tohoto zákona
- pokud je těleso A v tepelné rovnováze ve styku s tělesem B a
- pokud je toto těleso A v tepelné rovnováze v kontaktu s tělesem C, pak
- B je v tepelné rovnováze v kontaktu s C.
Když dojde ke kontaktu dvou těles s různými teplotami, teplejší přenese teplo do chladnějšího. To způsobí, že se teploty vyrovnají a dosáhnou tepelná bilance.
Nazývá se nulovým zákonem, protože jeho porozumění se ukázalo nezbytné pro první dva zákony, které již existovaly, první a druhý zákon termodynamiky.
Třetí zákon termodynamiky
THE Třetí zákon termodynamiky zdá se to jako pokus o stanovení absolutního referenčního bodu, který určuje entropii. Entropie je vlastně základem druhého zákona termodynamiky.
Fyzik Walther Nernst, který to navrhl, dospěl k závěru, že není možné, aby čistá látka s nulovou teplotou měla entropii při přibližné hodnotě nula.
Z tohoto důvodu se jedná o kontroverzní zákon, který mnozí fyzici považují za pravidlo a nikoli za zákon.
termodynamické systémy
V termodynamickém systému může existovat jedno nebo několik těles, které spolu souvisejí. Prostředí, které jej obklopuje, a Vesmír představují vnější prostředí systému. Systém lze definovat jako: otevřený, uzavřený nebo izolovaný.
termodynamické systémy
Když je systém otevřen, dochází k přenosu hmoty a energie mezi systémem a vnějším prostředím. V uzavřeném systému probíhá pouze přenos energie (teplo), a pokud je izolován, nedochází k žádné výměně.
chování plynů
Mikroskopické chování plynů je snadněji popsáno a interpretováno než v jiných fyzikálních stavech (kapalné a pevné). Proto se v těchto studiích nejvíce používají plyny.
V termodynamických studiích se používají ideální nebo dokonalé plyny. Jedná se o model, ve kterém se částice pohybují chaoticky a interagují pouze při srážkách. Dále se má za to, že tyto srážky mezi částicemi a mezi nimi a stěnami nádoby jsou elastické a trvají velmi krátkou dobu.
V uzavřeném systému předpokládá ideální plyn chování, které zahrnuje následující fyzikální veličiny: tlak, objem a teplotu. Tyto proměnné definují termodynamický stav plynu.
Chování plynů podle zákonů o plynech
Tlak (p) se vytváří pohybem plynných částic uvnitř nádoby. Prostor obsazený plynem uvnitř nádoby je objem (v). A teplota (t) souvisí s průměrnou kinetickou energií pohybujících se částic plynu.
Přečtěte si také Zákon o plynu a Studium plynů.
vnitřní energie
Vnitřní energie systému je fyzikální veličina, která pomáhá měřit, jak dochází k transformacím, kterým plyn prochází. Tato velikost souvisí s kolísáním teploty a kinetické energie částic.
Ideální plyn složený pouze z jednoho typu atomu má vnitřní energii přímo úměrnou teplotě plynu. To představuje následující vzorec:
Vyřešená cvičení z termodynamiky
Otázka 1
Válec s pohyblivým pístem obsahuje plyn o tlaku 4,0.104N / m2. Když je do systému dodáno 6 kJ tepla, při konstantním tlaku se objem plynu zvětší o 1,0.10-1m3. Určete odvedenou práci a změnu vnitřní energie v této situaci.
Správná odpověď: práce je 4000 J a změna vnitřní energie je 2000 J.
Data:
P = 4,0.104 N / m2
Q = 6KJ nebo 6000J
ΔV = 1,0.10-1 m3
T =? ΔU =?
1. krok: Vypočítejte práci s daty problému.
T = P. ΔV
T = 4.0.104. 1,0.10-1
T = 4000 J
2. krok: Vypočítejte variaci vnitřní energie s novými daty.
Q = T + ΔU
ΔU = Q - T
ΔU = 6000 - 4000
ΔU = 2000J
Proto je vykonaná práce 4000 J a změna vnitřní energie je 2000 J.
otázka 2
(Upraveno z ENEM 2011) Motor může vykonávat práci pouze tehdy, když přijímá množství energie z jiného systému. V tomto případě se energie uložená v palivu částečně uvolní během spalování, aby mohl spotřebič fungovat. Když motor běží, část energie přeměněné nebo transformované ve spalování nelze použít k práci. To znamená, že dochází k úniku energie v jiné formě.
Podle textu jsou energetické transformace, ke kterým dochází během provozu motoru, způsobeny:
a) není možné uvolnění tepla uvnitř motoru.
b) práce prováděné motorem jsou nekontrolovatelné.
c) úplná přeměna tepla na práci je nemožná.
d) transformace tepelné energie na kinetiku je nemožná.
e) potenciální energetické využití paliva je nekontrolovatelné.
Správná alternativa: c) Úplná přeměna tepla na práci je nemožná.
Jak je vidět výše, teplo nelze plně přeměnit na práci. Během provozu motoru se ztrácí část tepelné energie, která se přenáší do vnějšího prostředí.
Podívejte se taky: Cvičení z termodynamiky
