Термодинамика је област физике која проучава преносе енергије. Настоји да разуме односе између топлоте, енергије и рада, анализирајући количину размењене топлоте и рад изведен у физичком процесу.
Термодинамичку науку су у почетку развили истраживачи који су тражили начин да побољшају машине, у периоду индустријске револуције, побољшавајући њихову ефикасност.
Ово знање се тренутно примењује у разним ситуацијама нашег свакодневног живота. На пример: термичке машине и фрижидери, мотори за аутомобиле и процеси за претварање минерала и нафтних производа.
Закони термодинамике
Основни закони термодинамике регулишу како топлота постаје рад и обрнуто.
Први закон термодинамике
ТХЕ Први закон термодинамике односи се на принцип очувања енергије. То значи да се енергија у систему не може уништити или створити, већ само трансформисати.
Формула која представља први закон термодинамике је следећа:
Количина топлоте, рад и варијације унутрашње енергије имају за стандардну мерну јединицу Јоуле (Ј).
Практични пример уштеде енергије је када особа користи пумпу за надувавање предмета на надувавање, користи силу за упумпавање ваздуха у предмет. То значи да кинетичка енергија чини да се клип спушта. Међутим, део ове енергије се трансформише у топлоту, која се губи у животној средини.
ТХЕ Хессов закон је посебан случај принципа очувања енергије. Знате више!
Други закон термодинамике
У пренос топлоте увек се јављају од најтоплијег до најхладнијег тела, то се догађа спонтано, али не и обрнуто. Што ће рећи да су процеси преноса топлотне енергије неповратни.
На овај начин, Други закон термодинамике, није могуће да се топлота у потпуности претвори у други облик енергије. Из тог разлога се топлота сматра деградираним обликом енергије.
Физичка величина повезана са Другим законом термодинамике је ентропија, што одговара степену неуређености система.
Прочитајте такође:
- Царнотов циклус
- Термално ширење
Нулти закон термодинамике
ТХЕ Нулти закон термодинамике бави се условима за добијање термичка равнотежа. Међу тим условима можемо напоменути утицај материјала који чине топлотну проводљивост већом или нижом.
Према овом закону,
- ако је тело А у топлотној равнотежи у додиру са телом Б и
- ако је ово тело А у топлотној равнотежи у додиру са телом Ц, онда
- Б је у топлотној равнотежи у контакту са Ц.
Када се два тела са различитим температурама доведу у контакт, оно топлије ће пренети топлоту на оно хладније. То доводи до изједначавања температура до достизања термичка равнотежа.
Зове се нулти закон јер се његово разумевање показало неопходним за прва два закона која су већ постојала, први и други закон термодинамике.
Трећи закон термодинамике
ТХЕ Трећи закон термодинамике чини се као покушај успостављања апсолутне референтне тачке која одређује ентропију. Ентропија је заправо основа Другог закона термодинамике.
Валтхер Нернст, физичар који га је предложио, закључио је да није могуће да чиста супстанца са температуром од нуле има ентропију на приближној вредности нула.
Из тог разлога, то је контроверзни закон, који многи физичари сматрају правилом, а не законом.
термодинамички системи
У термодинамичком систему може бити једно или неколико сродних тела. Окружење које га окружује и Универзум представљају окружење ван система. Систем се може дефинисати као: отворен, затворен или изолован.
термодинамички системи
Када се систем отвори, долази до преноса масе и енергије између система и спољног окружења. У затвореном систему постоји само пренос енергије (топлоте), а када је изолован нема размене.
понашање гасова
Микроскопско понашање гасова је лакше описати и протумачити него у другим физичким стањима (течно и чврсто). Због тога се у овим студијама гасови највише користе.
У термодинамичким студијама користе се идеални или савршени гасови. То је модел у којем се честице хаотично крећу и међусобно делују само у судару. Даље, сматра се да су ови судари између честица, као и између њих и зидова контејнера, еластични и трају врло кратко.
У затвореном систему идеални гас претпоставља понашање које укључује следеће физичке величине: притисак, запремину и температуру. Ове променљиве дефинишу термодинамичко стање гаса.
Понашање гасова према гасним законима
Притисак (п) настаје кретањем честица гаса унутар посуде. Простор који заузима гас у контејнеру је запремина (в). А температура (т) је повезана са просечном кинетичком енергијом покретних честица гаса.
Прочитајте и ви Закон о гасу и Проучавање гасова.
унутрашња енергија
Унутрашња енергија система је физичка величина која помаже у мерењу како долази до трансформација гаса. Ова величина је повезана са променом температуре и кинетичке енергије честица.
Идеалан гас, који се састоји од само једне врсте атома, има унутрашњу енергију директно пропорционалну температури гаса. Ово је представљено следећом формулом:
Решене вежбе из термодинамике
Питање 1
Цилиндар са покретним клипом садржи гас под притиском од 4.0.104Н / м2. Када се у систем доведе 6 кЈ топлоте, под константним притиском, количина гаса се повећава за 1.0.10-1м3. Утврдите обављени посао и промену унутрашње енергије у овој ситуацији.
Тачан одговор: обављени посао је 4000 Ј, а унутрашња промена енергије је 2000 Ј.
Подаци:
П. = 4,0.104 Н / м2
К = 6КЈ или 6000Ј
ΔВ = 1,0.10-1 м3
Т =? ΔУ =?
1. корак: Израчунајте рад са подацима о проблему.
Т = П. ΔВ
Т = 4.0.104. 1,0.10-1
Т = 4000 Ј
2. корак: Израчунајте варијацију унутрашње енергије са новим подацима.
К = Т + ΔУ
ΔУ = К - Т
ΔУ = 6000 - 4000
ΔУ = 2000Ј
Према томе, извршени рад је 4000 Ј, а унутрашња промена енергије је 2000 Ј.
питање 2
(Прилагођено ЕНЕМ 2011) Мотор може да обавља радове само ако добије количину енергије из другог система. У овом случају, енергија ускладиштена у гориву делимично се ослобађа током сагоревања како би уређај могао да функционише. Када мотор ради, део енергије претворене или трансформисане у сагоревању не може се користити за обављање посла. То значи да постоји цурење енергије у другом облику.
Према тексту, енергетске трансформације до којих долази током рада мотора су:
а) ослобађање топлоте унутар мотора је немогуће.
б) рад који обавља мотор је неконтролисан.
в) немогуће је потпуно претварање топлоте у рад.
г) трансформација топлотне енергије у кинетику је немогућа.
е) потенцијална употреба енергије горива је неконтролисана.
Тачна алтернатива: в) немогуће је потпуно претварање топлоте у рад.
Као што смо раније видели, топлота се не може у потпуности претворити у рад. Током рада мотора део топлотне енергије се губи, преносећи се у спољно окружење.
Види и ти: Вежбе из термодинамике
