Termodünaamika on füüsika valdkond, mis uurib energiaülekandeid. See püüab mõista seoseid soojuse, energia ja töö vahel, analüüsides vahetatava soojuse koguseid ja füüsilises protsessis tehtud tööd.
Termodünaamikateaduse arendasid algselt välja teadlased, kes otsisid viisi tööstusrevolutsiooni ajal masinate täiustamiseks, parandades nende efektiivsust.
Neid teadmisi rakendatakse praegu meie igapäevaelu erinevates olukordades. Näiteks: termomasinad ja külmikud, automootorid ning protsessid mineraalide ja naftatoodete muundamiseks.
Termodünaamika seadused
Termodünaamika põhiseadused reguleerivad seda, kuidas soojus muutub tööks ja vastupidi.
Esimene termodünaamika seadus
THE Esimene termodünaamika seadus on seotud energia säästmise põhimõte. See tähendab, et süsteemis olevat energiat ei saa hävitada ega luua, ainult muuta.
Termodünaamika esimest seadust tähistav valem on järgmine:
Soojuse hulga, töö ja siseenergia varieerumise standardühik on Joule (J).
Praktiline näide energiasäästust on see, kui inimene kasutab täispuhutava eseme pumpamiseks pumpa, ta kasutab õhku esemesse pumpamiseks jõudu. See tähendab, et kineetiline energia paneb kolvi alla minema. Osa sellest energiast muundub aga soojuseks, mis läheb keskkonnale kaduma.
THE Hessi seadus on energiasäästu põhimõtte erijuhtum. Tea rohkem!
Termodünaamika teine seadus
Kell soojusülekanded neid esineb alati kõige soojemast kehast kõige külmema kehani, see juhtub spontaanselt, kuid mitte vastupidi. Mis tähendab, et soojusenergia ülekandeprotsessid on pöördumatud.
Sel viisil Termodünaamika teine seadus, pole võimalik soojust täielikult teiseks energiavormiks muuta. Sel põhjusel peetakse soojust degradeerunud energiavormiks.
Termodünaamika teise seadusega seotud füüsikaline suurus on entroopia, mis vastab häire astmele süsteemis.
Loe ka:
- Carnot tsükkel
- Soojuspaisumine
Termodünaamika nullseadus
THE Termodünaamika nullseadus käsitleb EASi saamise tingimusi termiline tasakaal. Nendest tingimustest võime nimetada materjalide mõju, mis muudavad soojusjuhtivuse suuremaks või madalamaks.
Selle seaduse kohaselt
- kui keha A on kehas B kokkupuutes termilises tasakaalus ja
- kui see keha A on kehas C kokkupuutes termilises tasakaalus, siis
- B on C-ga kokkupuutes termilises tasakaalus.
Kui kaks erineva temperatuuriga keha kokku puutuvad, kannab soojem keha soojust jahedamale. See põhjustab temperatuuri võrdsustumise termiline tasakaal.
Seda nimetatakse nullseaduseks, kuna selle mõistmine osutus vajalikuks kahe juba eksisteeriva seaduse, esimese ja teise termodünaamikaseaduse jaoks.
Kolmas termodünaamika seadus
THE Kolmas termodünaamika seadus see ilmneb kui katse luua absoluutne võrdluspunkt, mis määrab entroopia. Entroopia on tegelikult termodünaamika teise seaduse alus.
Selle teinud füüsik Walther Nernst jõudis järeldusele, et puhta aine, mille temperatuur on null, ei ole võimalik saada entroopiat ligikaudse nulli väärtusega.
Sel põhjusel on see vastuoluline seadus, mida paljud füüsikud peavad reeglina ja mitte seaduseks.
termodünaamilised süsteemid
Termodünaamilises süsteemis võib olla üks või mitu omavahel seotud keha. Seda ümbritsev keskkond ja Universum esindavad süsteemi välist keskkonda. Süsteemi võib määratleda järgmiselt: avatud, suletud või isoleeritud.
termodünaamilised süsteemid
Süsteemi avamisel toimub süsteemi ja väliskeskkonna vahel massi ja energia ülekanne. Suletud süsteemis toimub ainult energia ülekandmine (soojus) ja kui see on isoleeritud, ei toimu vahetust.
gaaside käitumine
Gaaside mikroskoopilist käitumist on lihtsam kirjeldada ja tõlgendada kui teistes füüsikalistes olekutes (vedelad ja tahked). Sellepärast kasutatakse neis uuringutes kõige rohkem gaase.
Termodünaamilistes uuringutes kasutatakse ideaalseid või täiuslikke gaase. See on mudel, milles osakesed liiguvad kaootiliselt ja suhtlevad ainult kokkupõrgetes. Lisaks leitakse, et need kokkupõrked osakeste vahel ning nende ja anuma seinte vahel on elastsed ja kestavad väga lühikest aega.
Suletud süsteemis eeldab ideaalne gaas käitumist, mis hõlmab järgmisi füüsikalisi suurusi: rõhk, maht ja temperatuur. Need muutujad määratlevad gaasi termodünaamilise oleku.
Gaaside käitumine vastavalt gaasiseadustele
Rõhk (p) tekib gaasiosakeste liikumisel mahuti sees. Mahuti sees on gaasi hõivatud ruumala (v). Ja temperatuur (t) on seotud liikuvate gaasiosakeste keskmise kineetilise energiaga.
Loe ka Gaasiseadus ja Gaaside uurimine.
siseenergia
Süsteemi siseenergia on füüsikaline suurus, mis aitab mõõta, kuidas gaasi toimuvad transformatsioonid toimuvad. See suurus on seotud osakeste temperatuuri ja kineetilise energia varieerumisega.
Ideaalsel gaasil, mis koosneb ainult ühest aatomitüübist, on siseenergia otse proportsionaalne gaasi temperatuuriga. Seda esindab järgmine valem:
Lahendatud harjutused termodünaamikast
küsimus 1
Liikuva kolbiga silinder sisaldab gaasi rõhul 4.0.104N / m2. Kui süsteemi tarnitakse 6 kJ soojust, suureneb gaasi maht püsiva rõhu korral 1,0,10-1m3. Määrake selles olukorras tehtud töö ja siseenergia muutus.
Õige vastus: tehtud töö on 4000 J ja sisemine energia muutus 2000 J.
Andmed:
P = 4,0.104 N / m2
Q = 6KJ või 6000J
ΔV = 1,0.10-1 m3
T =? ΔU =?
1. samm: arvutage töö probleemandmetega.
T = P. ΔV
T = 4,0,104. 1,0.10-1
T = 4000 J
2. samm: arvutage siseenergia variatsioon uute andmetega.
Q = T + ΔU
ΔU = Q - T
ΔU = 6000 - 4000
ΔU = 2000J
Seetõttu on tehtud töö 4000 J ja sisemine energia muutus 2000 J.
2. küsimus
(Kohandatud alates ENEM 2011-st) Mootor saab tööd teha ainult siis, kui ta saab teisest süsteemist hulga energiat. Sellisel juhul vabaneb kütusesse salvestatud energia osaliselt põlemisel, et seade saaks toimida. Mootori töötamise ajal ei saa osa põlemisel muundatud või muundatud energiast töö tegemiseks kasutada. See tähendab, et energia lekib muul kujul.
Teksti kohaselt on mootori töötamise ajal toimuvad energiamuundumised tingitud:
a) soojuse eraldumine mootori sees on võimatu.
b) mootori töö on kontrollimatu.
c) soojuse täielik muundamine tööks on võimatu.
d) soojusenergia muundamine kineetikaks on võimatu.
e) kütuse potentsiaalne energiakasutus on kontrollimatu.
Õige alternatiiv: c) soojuse täielik muundamine tööks on võimatu.
Nagu varem näha, ei saa soojust täielikult tööks muuta. Mootori töö ajal kaob osa soojusenergiast, kandudes väliskeskkonda.
Vaadake ka: Harjutused termodünaamikast
