A termodinamika a fizika olyan területe, amely az energiaátadásokat tanulmányozza. Megpróbálja megérteni a hő, az energia és a munka közötti kapcsolatokat, elemzi a kicserélt hőmennyiséget és a fizikai folyamatban végzett munkát.
A termodinamikai tudományt kezdetben olyan kutatók fejlesztették ki, akik az ipari forradalom időszakában a gépek javításának módját keresték, javítva azok hatékonyságát.
Ezeket az ismereteket jelenleg mindennapi életünk különböző helyzeteiben alkalmazzák. Például: hőgépek és hűtőszekrények, autómotorok és ásványi anyagok és kőolajtermékek átalakítására szolgáló eljárások.
A termodinamika törvényei
A termodinamika alapvető törvényei szabályozzák, hogy a hő hogyan válik munkává, és fordítva.
A termodinamika első törvénye
A A termodinamika első törvénye kapcsolódik a az energiatakarékosság elve. Ez azt jelenti, hogy a rendszerben lévő energiát nem lehet elpusztítani vagy létrehozni, csak átalakítani.
A termodinamika első törvényét képviselő képlet a következő:
A hőmennyiség, a munka és a belső energia változása standard mértékegységként a Joule (J).
Az energiatakarékosság gyakorlati példája, amikor az ember egy szivattyúval felfújja a felfújható tárgyat, és erővel levegőt pumpál a tárgyba. Ez azt jelenti, hogy a mozgási energia miatt a dugattyú lemegy. Ennek az energiának azonban egy része hővé alakul, amelyet elveszít a környezet.
A Hess-törvény az energiatakarékosság elvének sajátos esete. Többet tud!
A termodinamika második törvénye
Nál nél hőátadás mindig a legmelegebb testtől a leghidegebb testig fordulnak elő, ez spontán történik, de fordítva nem. Ami azt jelenti, hogy a hőenergia-átvitel folyamatai visszafordíthatatlanok.
Ily módon a A termodinamika második törvénye, nem lehetséges, hogy a hő teljesen átalakuljon egy másik energiaformává. Emiatt a hőt az energia lebomlott formájának tekintik.
A termodinamika második törvényéhez kapcsolódó fizikai mennyiség a entrópia, amely megfelel a rendellenesség mértékének egy rendszerben.
Olvassa el:
- Carnot ciklus
- Hőtágulás
A termodinamika nulla törvénye
A A termodinamika nulla törvénye a. megszerzésének feltételeivel foglalkozik hőmérleg. Ezen körülmények között megemlíthetjük azoknak az anyagoknak a hatását, amelyek a hővezető képességet magasabbá vagy alacsonyabbá teszik.
E törvény szerint
- ha egy A test termikus egyensúlyban van a B testtel érintkezve és
- ha ez az A test termikus egyensúlyban van egy C testtel érintkezve, akkor
- B termikus egyensúlyban van C-vel érintkezve.
Amikor két különböző hőmérsékletű test kerül kapcsolatba, a melegebb test átadja a hőt a hűvösebbnek. Ez azt eredményezi, hogy a hőmérséklet kiegyenlítődik, és eléri a hőmérleg.
Nulla törvénynek hívják, mert megértése szükségesnek bizonyult a már létező első két törvényhez, a termodinamika első és második törvényéhez.
A termodinamika harmadik törvénye
A A termodinamika harmadik törvénye kísérletként jelenik meg egy abszolút referenciapont létrehozására, amely meghatározza az entrópiát. Az entrópia valójában a termodinamika második törvényének alapja.
Walther Nernst, a fizikus, aki ezt javasolta, arra a következtetésre jutott, hogy nem lehetséges, hogy egy tiszta, nulla hőmérsékletű anyag entrópiája megközelítőleg nulla értékű legyen.
Emiatt ellentmondásos törvényről van szó, amelyet sok fizikus szabályként és nem törvényként tart.
termodinamikai rendszerek
Egy termodinamikai rendszerben lehet egy vagy több test, amelyek kapcsolatban állnak egymással. A körülvevő környezet és az Univerzum a rendszeren kívüli környezetet képviseli. A rendszer meghatározható: nyitott, zárt vagy elszigetelt.
termodinamikai rendszerek
A rendszer kinyitásakor tömeg és energia szállítódik a rendszer és a külső környezet között. A zárt rendszerben csak energiaátadás (hő) van, és ha el van szigetelve, akkor nincs cseréje.
a gázok viselkedése
A gázok mikroszkopikus viselkedése könnyebben leírható és értelmezhető, mint más fizikai állapotokban (folyékony és szilárd). Ezért használják ezekben a vizsgálatokban leginkább a gázokat.
A termodinamikai vizsgálatok során ideális vagy tökéletes gázokat használnak. Ez egy olyan modell, amelyben a részecskék kaotikusan mozognak és csak ütközések során lépnek kölcsönhatásba. Ezenkívül úgy vélik, hogy ezek a részecskék, azok és az edény falai közötti ütközések rugalmasak és nagyon rövid ideig tartanak.
Zárt rendszerben az ideális gáz olyan viselkedést feltételez, amely a következő fizikai mennyiségeket foglalja magában: nyomás, térfogat és hőmérséklet. Ezek a változók határozzák meg a gáz termodinamikai állapotát.
A gázok viselkedése a gáztörvények szerint
A nyomást (p) a tartály belsejében lévő gázrészecskék mozgása hozza létre. A tartály belsejében a gáz által elfoglalt hely a térfogat (v). A hőmérséklet (t) pedig a mozgó gázrészecskék átlagos mozgási energiájához kapcsolódik.
Olvasd el te is Gáztörvény és A gázok vizsgálata.
belső energia
A rendszer belső energiája egy fizikai mennyiség, amely segít megmérni, hogy a gáz milyen átalakulásokon megy keresztül. Ez a nagyságrend a részecskék hőmérsékletének és mozgási energiájának változásával függ össze.
Az egyetlen típusú atomból álló ideális gáz belső energiája közvetlenül arányos a gáz hőmérsékletével. Ezt a következő képlet képviseli:
Megoldott gyakorlatok a termodinamikáról
1. kérdés
A mozgatható dugattyúval ellátott henger 4,0.10 nyomáson gázt tartalmaz4N / m2. Amikor 6 kJ hőt juttatunk a rendszerbe, állandó nyomáson a gáz térfogata 1,0.10-rel bővül-1m3. Határozza meg az elvégzett munkát és a belső energia változását ebben a helyzetben.
Helyes válasz: az elvégzett munka 4000 J, a belső energiaváltozás 2000 J.
Adat:
P = 4,0.104 N / m2
Q = 6KJ vagy 6000J
ΔV = 1,0.10-1 m3
T =? ΔU =?
1. lépés: Számítsa ki a munkát a probléma adataival.
T = P. ΔV
T = 4,0,104. 1,0.10-1
T = 4000 J
2. lépés: Számítsa ki a belső energia változását az új adatokkal.
Q = T + ΔU
ΔU = Q - T
ΔU = 6000 - 4000
ΔU = 2000J
Ezért az elvégzett munka 4000 J, a belső energiaváltozás 2000 J.
2. kérdés
(Az ENEM 2011-től adaptálva) A motor csak akkor képes munkát végezni, ha egy másik rendszerből sok energiát kap. Ebben az esetben az üzemanyagban tárolt energia részben felszabadul az égés során, hogy a készülék működni tudjon. Amikor a motor jár, az égés során átalakult vagy átalakult energia egy részét nem lehet felhasználni munkára. Ez azt jelenti, hogy más formában van energiaszivárgás.
A szöveg szerint a motor működése során bekövetkező energiaátalakulások a következőknek köszönhetők:
a) a motor belsejében hőelvezetés lehetetlen.
b) a motor által végzett munka ellenőrizhetetlen.
c) a hő teljes átalakulása munkává lehetetlen.
d) a hőenergia kinetikává történő átalakítása lehetetlen.
e) az üzemanyag potenciális energiafelhasználása ellenőrizhetetlen.
Helyes alternatíva: c) a hő teljes átalakulása munkává lehetetlen.
Mint korábban láttuk, a hőt nem lehet teljesen munkává alakítani. A motor működése során a hőenergia egy része elvész, és átkerül a külső környezetbe.
Lásd még: Gyakorlatok a termodinamikáról
