Termodynamikk er et fysikkområde som studerer energioverføringer. Den søker å forstå forholdet mellom varme, energi og arbeid, analysere mengder varme som utveksles og arbeidet som utføres i en fysisk prosess.
Termodynamisk vitenskap ble opprinnelig utviklet av forskere som lette etter en måte å forbedre maskiner på, i perioden med den industrielle revolusjonen, og forbedret effektiviteten.
Denne kunnskapen brukes for tiden i forskjellige situasjoner i vårt daglige liv. For eksempel: termiske maskiner og kjøleskap, bilmotorer og prosesser for transformasjon av mineraler og petroleumsprodukter.
Lov om termodynamikk
De grunnleggende lovene for termodynamikk styrer hvordan varme blir til arbeid og omvendt.
Første lov om termodynamikk
DE Første lov om termodynamikk forholder seg til prinsippet om energibesparelse. Dette betyr at energi i et system ikke kan ødelegges eller opprettes, bare transformeres.
Formelen som representerer termodynamikkens første lov er som følger:
Mengden varme, arbeid og variasjon av intern energi har som standard måleenhet Joule (J).
Et praktisk eksempel på energibesparelse er når en person bruker en pumpe for å blåse opp en oppblåsbar gjenstand, bruker han kraft til å pumpe luft inn i gjenstanden. Dette betyr at kinetisk energi får stemplet til å gå ned. Imidlertid blir en del av denne energien transformert til varme, som går tapt for miljøet.
DE Hess 'lov er et spesielt tilfelle av prinsippet om energibesparelse. Vite mer!
Andre lov om termodynamikk
På varmeoverføringer de forekommer alltid fra den varmeste kroppen til den kaldeste kroppen, det skjer spontant, men ikke omvendt. Det vil si at overføringsprosesser for termisk energi er irreversible.
På denne måten, av Andre lov om termodynamikk, er det ikke mulig for varme å bli fullstendig konvertert til en annen form for energi. Av denne grunn betraktes varme som en forringet form for energi.
Den fysiske størrelsen knyttet til den andre loven om termodynamikk er entropi, som tilsvarer graden av forstyrrelse i et system.
Les også:
- Carnot-syklus
- Termisk ekspansjon
Zero Law of Thermodynamics
DE Zero Law of Thermodynamics behandler vilkårene for å oppnå termisk balanse. Blant disse forholdene kan vi nevne påvirkningen fra materialer som gjør varmeledningsevnen høyere eller lavere.
I henhold til denne loven,
- hvis et legeme A er i termisk likevekt i kontakt med et legeme B og
- hvis dette legemet A er i termisk likevekt i kontakt med et legeme C, da
- B er i termisk likevekt i kontakt med C.
Når to legemer med forskjellige temperaturer bringes i kontakt, vil den som er varmere overføre varme til den som er kjøligere. Dette fører til at temperaturene utjevnes når de når termisk balanse.
Det kalles nullloven fordi dets forståelse viste seg å være nødvendig for de to første lovene som allerede eksisterte, den første og andre loven om termodynamikk.
Tredje lov om termodynamikk
DE Tredje lov om termodynamikk det fremstår som et forsøk på å etablere et absolutt referansepunkt som bestemmer entropi. Entropi er faktisk grunnlaget for den andre loven om termodynamikk.
Walther Nernst, fysikeren som foreslo det, konkluderte med at det ikke var mulig for et rent stoff med en temperatur på null å ha entropi med en omtrentlig verdi på null.
Av denne grunn er det en kontroversiell lov, som av mange fysikere betraktes som en regel og ikke en lov.
termodynamiske systemer
I et termodynamisk system kan det være en eller flere kropper som er relatert. Miljøet som omgir det og universet representerer miljøet utenfor systemet. Systemet kan defineres som: åpent, lukket eller isolert.
termodynamiske systemer
Når systemet åpnes, skjer det en overføring av masse og energi mellom systemet og det ytre miljøet. I det lukkede systemet er det bare energioverføring (varme), og når det er isolert, er det ingen utveksling.
oppførsel av gasser
Den mikroskopiske oppførselen til gasser blir lettere beskrevet og tolket enn i andre fysiske tilstander (flytende og fast). Det er derfor gasser brukes mest i disse studiene.
I termodynamiske studier brukes ideelle eller perfekte gasser. Det er en modell der partikler beveger seg kaotisk og kun samhandler i kollisjoner. Videre anses det at disse kollisjonene mellom partiklene, og mellom dem og beholderens vegger, er elastiske og varer i veldig kort tid.
I et lukket system forutsetter den ideelle gassen en oppførsel som involverer følgende fysiske størrelser: trykk, volum og temperatur. Disse variablene definerer den gassens termodynamiske tilstand.
Oppførsel av gasser i henhold til gasslover
Trykk (p) produseres ved bevegelse av gasspartikler inne i beholderen. Plassen opptatt av gassen inne i beholderen er volumet (v). Og temperaturen (t) er relatert til den gjennomsnittlige kinetiske energien til de bevegelige gasspartiklene.
Les også Gasslov og Studie av gasser.
indre energi
Den indre energien til et system er en fysisk størrelse som hjelper til å måle hvordan transformasjonene en gass gjennomgår oppstår. Denne størrelsen er relatert til variasjonen i temperatur og kinetisk energi til partikler.
En ideell gass, bestående av bare en type atom, har intern energi direkte proporsjonal med gassens temperatur. Dette representeres av følgende formel:
Løste øvelser om termodynamikk
Spørsmål 1
En sylinder med et bevegelig stempel inneholder en gass ved et trykk på 4.0.104N / m2. Når 6 kJ varme tilføres systemet, ved konstant trykk, utvides gassvolumet med 1.0.10-1m3. Bestem utført arbeid og endring i intern energi i denne situasjonen.
Riktig svar: utført arbeid er 4000 J og den interne energiforandringen er 2000 J.
Data:
P = 4,0.104 N / m2
Spørsmål = 6KJ eller 6000J
AV = 1,0.10-1 m3
T =? ΔU =?
1. trinn: Beregn arbeidet med problemdataene.
T = P. AV
T = 4.0.104. 1,0.10-1
T = 4000 J
2. trinn: Beregn variasjonen av den interne energien med de nye dataene.
Q = T + ΔU
ΔU = Q - T
ΔU = 6000 - 4000
ΔU = 2000J
Derfor er det utførte arbeidet 4000 J og den interne energiforandringen er 2000 J.
spørsmål 2
(Tilpasset fra ENEM 2011) En motor kan bare utføre arbeid hvis den mottar en mengde energi fra et annet system. I dette tilfellet frigjøres energien som er lagret i drivstoffet delvis under forbrenningen slik at apparatet kan fungere. Når motoren går, kan ikke noe av energien konvertert eller transformert i forbrenning brukes til å utføre arbeid. Dette betyr at det er energilekkasje i en annen form.
I følge teksten skyldes energitransformasjonene som oppstår under motordrift:
a) varmeutslipp inne i motoren er umulig.
b) arbeid utført av motoren er ukontrollerbart.
c) full konvertering av varme til arbeid er umulig.
d) transformasjon av termisk energi til kinetikk er umulig.
e) potensiell energibruk av drivstoffet er ukontrollerbar.
Riktig alternativ: c) full konvertering av varme til arbeid er umulig.
Som tidligere sett kan ikke varme omdannes til arbeid. Under motoroperasjonen går en del av den termiske energien tapt og overføres til det ytre miljøet.
Se også: Øvelser på termodynamikk
