Thermodynamik ist ein Gebiet der Physik, das Energieübertragungen untersucht. Es versucht, die Beziehungen zwischen Wärme, Energie und Arbeit zu verstehen, indem die ausgetauschten Wärmemengen und die in einem physikalischen Prozess geleistete Arbeit analysiert werden.
Die thermodynamische Wissenschaft wurde ursprünglich von Forschern entwickelt, die in der Zeit der industriellen Revolution nach einer Möglichkeit suchten, Maschinen zu verbessern und ihre Effizienz zu verbessern.
Dieses Wissen wird derzeit in verschiedenen Situationen unseres täglichen Lebens angewendet. Zum Beispiel: Wärmemaschinen und Kühlschränke, Automotoren und Verfahren zur Umwandlung von Mineralien und Erdölprodukten.
Gesetze der Thermodynamik
Die grundlegenden Gesetze der Thermodynamik bestimmen, wie Wärme zu Arbeit wird und umgekehrt.
Erster Hauptsatz der Thermodynamik
DAS Erster Hauptsatz der Thermodynamik bezieht sich auf die Prinzip der Energieeinsparung. Das bedeutet, dass Energie in einem System nicht zerstört oder erzeugt, sondern nur umgewandelt werden kann.
Die Formel, die den ersten Hauptsatz der Thermodynamik darstellt, lautet wie folgt:
Wärmemenge, Arbeit und Variation der inneren Energie haben als Standardmaßeinheit das Joule (J).
Ein praktisches Beispiel für Energieeinsparung ist, wenn eine Person eine Pumpe zum Aufblasen eines aufblasbaren Objekts verwendet, indem sie Kraft aufwendet, um Luft in das Objekt zu pumpen. Das bedeutet, dass kinetische Energie den Kolben nach unten bewegt. Ein Teil dieser Energie wird jedoch in Wärme umgewandelt, die an die Umwelt verloren geht.
DAS Hess' Gesetz ist ein Sonderfall des Energieerhaltungssatzes. Mehr wissen!
Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik
Beim Wärmeübertragungen sie treten immer vom wärmsten zum kältesten Körper auf, es geschieht spontan, aber nicht umgekehrt. Das heißt, thermische Energieübertragungsprozesse sind irreversibel.
Auf diese Weise durch die Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik, ist es nicht möglich, Wärme vollständig in eine andere Energieform umzuwandeln. Aus diesem Grund gilt Wärme als abgebaute Energieform.
Die physikalische Größe des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik ist die Entropie, was dem Grad der Unordnung eines Systems entspricht.
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Nullgesetz der Thermodynamik
DAS Nullgesetz der Thermodynamik befasst sich mit den Bedingungen für die Erlangung der Wärmebilanz. Unter diesen Bedingungen können wir den Einfluss von Materialien erwähnen, die die Wärmeleitfähigkeit höher oder niedriger machen.
Nach diesem Gesetz ist
- wenn ein Körper A in Kontakt mit einem Körper B im thermischen Gleichgewicht ist und
- wenn dieser Körper A in Kontakt mit einem Körper C im thermischen Gleichgewicht ist, dann
- B befindet sich in Kontakt mit C im thermischen Gleichgewicht.
Wenn zwei Körper mit unterschiedlichen Temperaturen in Kontakt kommen, überträgt der wärmere Körper Wärme auf den kühleren. Dadurch gleichen sich die Temperaturen an und erreichen die Wärmebilanz.
Es wird Nullgesetz genannt, weil sich sein Verständnis für die ersten beiden bereits existierenden Gesetze, den ersten und zweiten Hauptsatz der Thermodynamik, als notwendig erwiesen hat.
Dritter Hauptsatz der Thermodynamik
DAS Dritter Hauptsatz der Thermodynamik es erscheint als Versuch, einen absoluten Referenzpunkt festzulegen, der die Entropie bestimmt. Die Entropie ist eigentlich die Grundlage des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik.
Walther Nernst, der Physiker, der es vorgeschlagen hat, kam zu dem Schluss, dass es für eine reine Substanz mit einer Temperatur von Null nicht möglich sei, eine Entropie von ungefähr Null zu haben.
Aus diesem Grund ist es ein umstrittenes Gesetz, das von vielen Physikern als Regel und nicht als Gesetz angesehen wird.
thermodynamische Systeme
In einem thermodynamischen System kann es einen oder mehrere zusammenhängende Körper geben. Die Umgebung, die es umgibt, und das Universum repräsentieren die Umgebung außerhalb des Systems. Das System kann definiert werden als: offen, geschlossen oder isoliert.
thermodynamische Systeme
Beim Öffnen des Systems findet eine Übertragung von Masse und Energie zwischen dem System und der äußeren Umgebung statt. Im geschlossenen System findet nur Energieübertragung (Wärme) statt, und wenn es isoliert ist, findet kein Austausch statt.
Verhalten von Gasen
Das mikroskopische Verhalten von Gasen lässt sich leichter beschreiben und interpretieren als in anderen physikalischen Zuständen (flüssig und fest). Deshalb werden in diesen Studien am häufigsten Gase verwendet.
In thermodynamischen Studien werden ideale oder perfekte Gase verwendet. Es ist ein Modell, in dem sich Teilchen chaotisch bewegen und nur bei Kollisionen interagieren. Außerdem wird davon ausgegangen, dass diese Kollisionen zwischen den Partikeln und zwischen ihnen und den Wänden des Behälters elastisch sind und nur sehr kurze Zeit andauern.
In einem geschlossenen System nimmt das ideale Gas ein Verhalten an, das folgende physikalische Größen beinhaltet: Druck, Volumen und Temperatur. Diese Variablen definieren den thermodynamischen Zustand eines Gases.
Verhalten von Gasen nach Gasgesetzen
Druck (p) wird durch die Bewegung von Gaspartikeln innerhalb des Behälters erzeugt. Der vom Gas eingenommene Raum im Behälter ist das Volumen (v). Und die Temperatur (t) hängt mit der durchschnittlichen kinetischen Energie der sich bewegenden Gasteilchen zusammen.
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innere Energie
Die innere Energie eines Systems ist eine physikalische Größe, die hilft zu messen, wie die Umwandlungen eines Gases ablaufen. Diese Größe hängt mit der Variation der Temperatur und der kinetischen Energie der Teilchen zusammen.
Ein ideales Gas, das aus nur einer Atomsorte besteht, hat eine innere Energie, die direkt proportional zur Temperatur des Gases ist. Dies wird durch die folgende Formel dargestellt:
Gelöste Übungen zur Thermodynamik
Frage 1
Ein Zylinder mit beweglichem Kolben enthält ein Gas mit einem Druck von 4.0.104N/m2. Wenn dem System 6 kJ Wärme zugeführt werden, dehnt sich das Gasvolumen bei konstantem Druck um 1.0.10. aus-1ich3. Bestimmen Sie die geleistete Arbeit und die Änderung der inneren Energie in dieser Situation.
Richtige Antwort: Die geleistete Arbeit beträgt 4000 J und die innere Energieänderung beträgt 2000 J.
Daten:
P = 4,0.104 N/m2
Q = 6KJ oder 6000J
V = 1,0.10-1 ich3
T =? U = ?
1. Schritt: Berechnen Sie die Arbeit mit den Problemdaten.
T = P. V
T = 4.0.104. 1,0.10-1
T = 4000 J
2. Schritt: Berechnen Sie die Variation der inneren Energie mit den neuen Daten.
Q = T + U
U = Q - T
U = 6000 - 4000
U = 2000J
Daher beträgt die geleistete Arbeit 4000 J und die innere Energieänderung beträgt 2000 J.
Frage 2
(Angepasst an ENEM 2011) Ein Motor kann nur dann Arbeit leisten, wenn er eine Energiemenge von einem anderen System erhält. In diesem Fall wird die im Brennstoff gespeicherte Energie zum Teil bei der Verbrennung freigesetzt, damit das Gerät funktionieren kann. Wenn der Motor läuft, kann ein Teil der bei der Verbrennung umgewandelten oder umgewandelten Energie nicht für Arbeit verwendet werden. Dies bedeutet, dass eine Energieleckage in anderer Form vorliegt.
Laut Text sind die Energieumwandlungen, die während des Motorbetriebs auftreten, zurückzuführen auf:
a) Wärmeabgabe im Motor ist nicht möglich.
b) die vom Motor geleistete Arbeit ist unkontrollierbar.
c) eine vollständige Umwandlung von Wärme in Arbeit ist nicht möglich.
d) Umwandlung von Wärmeenergie in Kinetik ist unmöglich.
e) der potenzielle Energieverbrauch des Brennstoffs ist nicht kontrollierbar.
Richtige Alternative: c) Eine vollständige Umwandlung von Wärme in Arbeit ist nicht möglich.
Wie bereits erwähnt, kann Wärme nicht vollständig in Arbeit umgewandelt werden. Während des Motorbetriebs geht ein Teil der Wärmeenergie verloren und wird an die äußere Umgebung abgegeben.
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