Termodynamika je oblasť fyziky, ktorá študuje prenosy energie. Snaží sa porozumieť vzťahom medzi teplom, energiou a prácou, analyzovať množstvo vymeneného tepla a prácu vykonanú vo fyzikálnom procese.
Termodynamickú vedu pôvodne vyvinuli vedci, ktorí hľadali spôsob, ako vylepšiť stroje v období priemyselnej revolúcie a zvýšiť tak ich účinnosť.
Tieto vedomosti sa v súčasnosti uplatňujú v rôznych situáciách nášho každodenného života. Napríklad: tepelné stroje a chladničky, motory automobilov a procesy na transformáciu minerálov a ropných produktov.
Zákony termodynamiky
Základné teplo termodynamiky riadi to, ako sa teplo stáva dielom a naopak.
Prvý zákon termodynamiky
THE Prvý zákon termodynamiky sa týka princíp úspory energie. To znamená, že energiu v systéme nemožno zničiť alebo vytvoriť, iba transformovať.
Vzorec, ktorý predstavuje prvý zákon termodynamiky, je nasledovný:
Množstvo tepla, práce a zmeny vnútornej energie majú ako štandardnú mernú jednotku Joule (J).
Praktickým príkladom úspory energie je, keď človek nafúkne nafukovací objekt pomocou pumpy, pomocou sily načerpá do objektu vzduch. To znamená, že kinetická energia spôsobuje, že piest klesá. Časť tejto energie sa však premieňa na teplo, ktoré sa stráca v prostredí.
THE Hessov zákon je osobitným prípadom princípu úspory energie. Vedieť viac!
Druhý zákon termodynamiky
O prestupy tepla vyskytujú sa vždy od najteplejšieho tela po najchladnejšie telo, deje sa to spontánne, ale nie naopak. Čo znamená, že procesy prenosu tepelnej energie sú nezvratné.
Týmto spôsobom tým, že Druhý zákon termodynamiky, nie je možné, aby sa teplo úplne premenilo na inú formu energie. Z tohto dôvodu sa teplo považuje za degradovanú formu energie.
Fyzikálna veličina súvisiaca s druhým zákonom termodynamiky je entropia, čo zodpovedá stupňu poruchy systému.
Prečítajte si tiež:
- Carnotov cyklus
- Tepelná rozťažnosť
Nulový zákon termodynamiky
THE Nulový zákon termodynamiky sa zaoberá podmienkami získania tepelná bilancia. Z týchto podmienok môžeme spomenúť vplyv materiálov, ktoré zvyšujú alebo znižujú tepelnú vodivosť.
Podľa tohto zákona
- ak je teleso A v tepelnej rovnováhe v kontakte s telesom B a
- ak je toto teleso A v tepelnej rovnováhe v kontakte s telesom C, potom
- B je v tepelnej rovnováhe v kontakte s C.
Keď sa dostanú do kontaktu dve telesá s rôznymi teplotami, teplejšie prenesie teplo do chladnejšieho. To spôsobí, že teploty sa rovnomerne dostanú na tepelná bilancia.
Nazýva sa nulový zákon, pretože sa jeho pochopenie ukázalo potrebné pre prvé dva zákony, ktoré už existovali, prvý a druhý zákon termodynamiky.
Tretí zákon termodynamiky
THE Tretí zákon termodynamiky javí sa to ako pokus o stanovenie absolútneho referenčného bodu, ktorý určuje entropiu. Entropia je vlastne základom druhého zákona termodynamiky.
Fyzik Walther Nernst, ktorý to navrhol, dospel k záveru, že nie je možné, aby čistá látka s nulovou teplotou mala entropiu pri približnej hodnote nuly.
Z tohto dôvodu ide o kontroverzný zákon, ktorý mnohí fyzici považujú za pravidlo a nie za zákon.
termodynamické systémy
V termodynamickom systéme môže byť jedno alebo niekoľko telies, ktoré spolu súvisia. Prostredie, ktoré ho obklopuje, a Vesmír predstavujú prostredie mimo systému. Systém možno definovať ako: otvorený, uzavretý alebo izolovaný.
termodynamické systémy
Po otvorení systému dochádza k prenosu hmoty a energie medzi systémom a vonkajším prostredím. V uzavretom systéme prebieha iba prenos energie (teplo) a keď je izolovaný, nedochádza k výmene.
správanie plynov
Mikroskopické správanie plynov je ľahšie opísateľné a interpretovateľné ako v iných fyzikálnych skupenstvách (kvapalných a tuhých). Preto sa v týchto štúdiách najviac využívajú plyny.
V termodynamických štúdiách sa používajú ideálne alebo dokonalé plyny. Je to model, v ktorom sa častice pohybujú chaoticky a interagujú iba pri kolíziách. Ďalej sa predpokladá, že tieto kolízie medzi časticami a medzi nimi a stenami nádoby sú elastické a trvajú veľmi krátko.
V uzavretom systéme ideálny plyn predpokladá správanie, ktoré zahŕňa tieto fyzikálne veličiny: tlak, objem a teplotu. Tieto premenné definujú termodynamický stav plynu.
Správanie plynov podľa plynových zákonov
Tlak (p) sa vytvára pohybom plynných častíc vo vnútri nádoby. Priestor, ktorý zaberá plyn vo vnútri nádoby, je objem (v). A teplota (t) súvisí s priemernou kinetickou energiou pohybujúcich sa častíc plynu.
Čítajte tiež Zákon o plyne a Štúdium plynov.
vnútorná energia
Vnútorná energia systému je fyzikálna veličina, ktorá pomáha merať, ako dochádza k transformáciám, ktorým plyn prechádza. Táto veľkosť súvisí s kolísaním teploty a kinetickej energie častíc.
Ideálny plyn, ktorý sa skladá iba z jedného typu atómu, má vnútornú energiu priamo úmernú teplote plynu. To predstavuje nasledujúci vzorec:
Vyriešené úlohy z termodynamiky
Otázka 1
Valec s pohyblivým piestom obsahuje plyn pri tlaku 4,0.104N / m2. Keď sa do systému privedie 6 kJ tepla, pri konštantnom tlaku sa objem plynu rozšíri o 1,0.10-1m3. Určte vykonanú prácu a zmenu vnútornej energie v tejto situácii.
Správna odpoveď: vykonaná práca je 4 000 J a zmena vnútornej energie je 2 000 J.
Údaje:
P = 4,0.104 N / m2
Q = 6KJ alebo 6000J
ΔV = 1,0.10-1 m3
T =? ΔU =?
1. krok: Vypočítajte prácu s údajmi o probléme.
T = P. ΔV
T = 4,0.104. 1,0.10-1
T = 4 000 J
2. krok: Vypočítajte zmenu vnútornej energie s novými údajmi.
Q = T + ΔU
ΔU = Q - T
ΔU = 6000 - 4000
ΔU = 2000J
Preto je vykonaná práca 4 000 J a zmena vnútornej energie 2 000 J.
otázka 2
(Upravené z ENEM 2011) Motor môže pracovať, iba ak prijme množstvo energie z iného systému. V takom prípade sa energia uložená v palive čiastočne uvoľní počas spaľovania, aby mohol spotrebič fungovať. Keď motor beží, časť energie premenenej alebo transformovanej pri spaľovaní nemožno použiť na prácu. To znamená, že dochádza k úniku energie v inej forme.
Podľa textu sú transformácie energie, ku ktorým dochádza počas prevádzky motora, spôsobené:
a) nie je možné uvoľnenie tepla vo vnútri motora.
b) práca vykonávaná motorom je nekontrolovateľná.
c) nie je možná úplná premena tepla na prácu.
d) premena tepelnej energie na kinetiku je nemožná.
e) potenciálne energetické využitie paliva je nekontrolovateľné.
Správna alternatíva: c) Úplná premena tepla na prácu je nemožná.
Ako sme už videli, teplo sa nedá úplne premeniť na prácu. Počas prevádzky motora sa stráca časť tepelnej energie, ktorá sa prenáša do vonkajšieho prostredia.
Pozri tiež: Cvičenie z termodynamiky
