Termodinamika je područje fizike koje proučava prijenose energije. Nastoji razumjeti odnose između topline, energije i rada, analizirajući količinu izmjenjene topline i rad izveden u fizičkom procesu.
Termodinamičku znanost u početku su razvili istraživači koji su tražili način za poboljšanje strojeva, u razdoblju industrijske revolucije, poboljšavajući njihovu učinkovitost.
Ovo se znanje trenutno primjenjuje u različitim situacijama našeg svakodnevnog života. Na primjer: termalni strojevi i hladnjaci, automobilski motori i procesi za pretvaranje minerala i naftnih derivata.
Zakoni termodinamike
Temeljni zakoni termodinamike reguliraju kako toplina postaje rad i obrnuto.
Prvi zakon termodinamike
THE Prvi zakon termodinamike odnosi se na princip očuvanja energije. To znači da se energija u sustavu ne može uništiti ili stvoriti, već samo transformirati.
Formula koja predstavlja prvi zakon termodinamike je kako slijedi:
Količina topline, rad i varijacije unutarnje energije standardna su mjerna jedinica Joule (J).
Praktični primjer uštede energije je kada osoba koristi pumpu za napuhavanje predmeta na napuhavanje, ona koristi silu da pumpa zrak u objekt. To znači da kinetička energija čini da se klip spušta. Međutim, dio te energije pretvara se u toplinu koja se gubi u okolišu.
THE Hessov zakon poseban je slučaj načela uštede energije. Znati više!
Drugi zakon termodinamike
Na prijenosa topline javljaju se uvijek od najtoplijeg do najhladnijeg tijela, događa se spontano, ali ne i obrnuto. Što će reći da su procesi prijenosa toplinske energije nepovratni.
Na taj način, Drugi zakon termodinamike, nije moguće da se toplina u potpunosti pretvori u drugi oblik energije. Iz tog se razloga toplina smatra degradiranim oblikom energije.
Fizička veličina povezana s Drugim zakonom termodinamike je entropija, što odgovara stupnju neuređenosti sustava.
Pročitajte i vi:
- Carnotov ciklus
- Toplinsko širenje
Nulti zakon termodinamike
THE Nulti zakon termodinamike bavi se uvjetima za dobivanje toplinska ravnoteža. Među tim uvjetima možemo spomenuti utjecaj materijala koji čine toplinsku vodljivost većom ili nižom.
Prema ovom zakonu,
- ako je tijelo A u toplinskoj ravnoteži u dodiru s tijelom B i
- ako je ovo tijelo A u toplinskoj ravnoteži u dodiru s tijelom C, tada
- B je u toplinskoj ravnoteži u kontaktu s C.
Kad se dva tijela s različitim temperaturama dovedu u kontakt, ono toplije prenijet će toplinu na ono hladnije. To dovodi do izjednačavanja temperatura do postizanja toplinska ravnoteža.
Zove se nulti zakon jer se njegovo razumijevanje pokazalo potrebnim za prva dva zakona koja su već postojala, prvi i drugi zakon termodinamike.
Treći zakon termodinamike
THE Treći zakon termodinamike čini se kao pokušaj uspostavljanja apsolutne referentne točke koja određuje entropiju. Entropija je zapravo osnova Drugog zakona termodinamike.
Walther Nernst, fizičar koji ju je predložio, zaključio je da nije moguće da čista tvar s temperaturom od nule ima entropiju pri približnoj vrijednosti nule.
Iz tog razloga to je kontroverzan zakon, koji mnogi fizičari smatraju pravilom, a ne zakonom.
termodinamički sustavi
U termodinamičkom sustavu može biti jedno ili nekoliko povezanih tijela. Okoliš koji ga okružuje i Svemir predstavljaju okruženje izvan sustava. Sustav se može definirati kao: otvoren, zatvoren ili izoliran.
termodinamički sustavi
Kada se sustav otvori, dolazi do prijenosa mase i energije između sustava i vanjskog okruženja. U zatvorenom sustavu postoji samo prijenos energije (topline), a kada je izoliran nema razmjene.
ponašanje plinova
Mikroskopsko ponašanje plinova lakše je opisati i protumačiti nego u drugim agregatnim stanjima (tekuće i kruto). Zato se u tim studijama plinovi najviše koriste.
U termodinamičkim studijama koriste se idealni ili savršeni plinovi. To je model u kojem se čestice kaotično kreću i međusobno djeluju samo u sudarima. Nadalje, smatra se da su ti sudari između čestica, te između njih i stijenki spremnika, elastični i traju vrlo kratko.
U zatvorenom sustavu idealni plin pretpostavlja ponašanje koje uključuje sljedeće fizičke veličine: tlak, volumen i temperaturu. Te varijable definiraju termodinamičko stanje plina.
Ponašanje plinova prema plinskim zakonima
Pritisak (p) nastaje kretanjem čestica plina unutar spremnika. Prostor koji zauzima plin unutar spremnika je zapremina (v). A temperatura (t) povezana je s prosječnom kinetičkom energijom pokretnih čestica plina.
Pročitajte i vi Zakon o plinu i Proučavanje plinova.
unutarnja energija
Unutarnja energija sustava fizikalna je veličina koja pomaže izmjeriti kako nastaju transformacije u plinu. Ta je veličina povezana s promjenom temperature i kinetičke energije čestica.
Idealan plin, koji se sastoji od samo jedne vrste atoma, ima unutarnju energiju izravno proporcionalnu temperaturi plina. To je predstavljeno sljedećom formulom:
Riješene vježbe iz termodinamike
Pitanje 1
Cilindar s pomičnim klipom sadrži plin pod tlakom 4.0.104N / m2. Kad se u sustav dovede 6 kJ topline, pod stalnim tlakom, količina plina se povećava za 1.0.10-1m3. Utvrdite obavljeni posao i promjenu unutarnje energije u ovoj situaciji.
Točan odgovor: obavljeni posao je 4000 J, a unutarnja promjena energije 2000 J.
Podaci:
Str = 4,0.104 N / m2
P = 6KJ ili 6000J
ΔV = 1,0.10-1 m3
T =? ΔU =?
1. korak: Izračunajte rad s podacima o problemu.
T = P. ΔV
T = 4.0.104. 1,0.10-1
T = 4000 J
2. korak: Izračunajte varijaciju unutarnje energije s novim podacima.
Q = T + ΔU
ΔU = Q - T
ΔU = 6000 - 4000
ΔU = 2000J
Stoga je izvedeni rad 4000 J, a unutarnja promjena energije 2000 J.
pitanje 2
(Prilagođeno ENEM-u 2011.) Motor može izvoditi rad samo ako prima količinu energije iz drugog sustava. U tom se slučaju energija pohranjena u gorivu dijelom oslobađa tijekom izgaranja kako bi uređaj mogao funkcionirati. Kad motor radi, dio energije pretvorene ili transformirane u izgaranju ne može se koristiti za obavljanje posla. To znači da postoji curenje energije u drugom obliku.
Prema tekstu, energetske transformacije do kojih dolazi tijekom rada motora posljedica su:
a) otpuštanje topline unutar motora je nemoguće.
b) rad koji izvodi motor je nekontroliran.
c) nemoguće je potpuno pretvaranje topline u rad.
d) transformacija toplinske energije u kinetiku je nemoguća.
e) potencijalna potrošnja energije goriva je nekontrolirana.
Točna alternativa: c) nemoguće je potpuno pretvaranje topline u rad.
Kao što smo vidjeli ranije, toplina se ne može u potpunosti pretvoriti u rad. Tijekom rada motora dio toplinske energije gubi se, prenoseći se u vanjsko okruženje.
Vidi i ti: Vježbe iz termodinamike
