Termodynamik är ett fysikområde som studerar energiöverföringar. Den försöker förstå förhållandena mellan värme, energi och arbete, analysera mängder värme som utbyts och det arbete som utförs i en fysisk process.
Termodynamisk vetenskap utvecklades ursprungligen av forskare som letade efter ett sätt att förbättra maskiner under den industriella revolutionens period och förbättrade deras effektivitet.
Denna kunskap används för närvarande i olika situationer i vårt dagliga liv. Till exempel: termiska maskiner och kylskåp, bilmotorer och processer för omvandling av mineraler och petroleumprodukter.
Lagar om termodynamik
De grundläggande lagarna för termodynamik styr hur värme blir till arbete och vice versa.
Första lagen om termodynamik
DE Första lagen om termodynamik avser princip för energibesparing. Detta innebär att energi i ett system inte kan förstöras eller skapas, utan bara transformeras.
Formeln som representerar termodynamikens första lag är som följer:
Mängden värme, arbete och variation av intern energi har som standard måttenheten Joule (J).
Ett praktiskt exempel på energibesparing är när en person använder en pump för att blåsa upp ett uppblåsbart föremål, han använder kraft för att pumpa luft in i föremålet. Detta innebär att kinetisk energi får kolven att gå ner. En del av denna energi förvandlas dock till värme, som går förlorad för miljön.
DE Hess lag är ett särskilt fall av principen om energibesparing. Veta mer!
Andra termodynamiklagen
På värmeöverföringar de förekommer alltid från den varmaste kroppen till den kallaste kroppen, det händer spontant, men inte tvärtom. Vilket är att överföringsprocesser för termisk energi är irreversibla.
På detta sätt av Andra termodynamiklagen, är det inte möjligt för värme att omvandlas helt till en annan form av energi. Av denna anledning anses värme vara en försämrad energiform.
Den fysiska kvantiteten relaterad till termodynamikens andra lag är entropi, vilket motsvarar graden av störningar i ett system.
Läs också:
- Carnot-cykel
- Termisk expansion
Zero Law of Thermodynamics
DE Zero Law of Thermodynamics handlar om villkoren för att erhålla termisk balans. Bland dessa förhållanden kan vi nämna påverkan av material som gör värmeledningsförmågan högre eller lägre.
Enligt denna lag,
- om en kropp A är i termisk jämvikt i kontakt med en kropp B och
- om denna kropp A är i termisk jämvikt i kontakt med en kropp C, då
- B är i termisk jämvikt i kontakt med C.
När två kroppar med olika temperaturer kommer i kontakt överför den som är varmare värmen till den som är svalare. Detta får temperaturen att utjämnas och nå termisk balans.
Det kallas nollagen eftersom dess förståelse visade sig nödvändig för de två första lagarna som redan fanns, de första och andra lagarna om termodynamik.
Tredje lagen om termodynamik
DE Tredje lagen om termodynamik det verkar som ett försök att skapa en absolut referenspunkt som bestämmer entropi. Entropi är faktiskt grunden för termodynamikens andra lag.
Walther Nernst, fysikern som föreslog det, drog slutsatsen att det inte var möjligt för en ren substans med en temperatur på noll att ha entropi till ett ungefärligt värde på noll.
Av denna anledning är det en kontroversiell lag som av många fysiker betraktas som en regel och inte som en lag.
termodynamiska system
I ett termodynamiskt system kan det finnas en eller flera kroppar som är relaterade. Miljön som omger den och universum representerar miljön utanför systemet. Systemet kan definieras som: öppet, stängt eller isolerat.
termodynamiska system
När systemet öppnas sker en överföring av massa och energi mellan systemet och den externa miljön. I det slutna systemet sker endast energiöverföring (värme), och när det isoleras sker inget utbyte.
gasernas beteende
Det mikroskopiska beteendet hos gaser beskrivs och tolkas lättare än i andra fysiska tillstånd (flytande och fast). Det är därför som gaser används mest i dessa studier.
I termodynamiska studier används ideala eller perfekta gaser. Det är en modell där partiklar rör sig kaotiskt och endast interagerar vid kollisioner. Vidare anses det att dessa kollisioner mellan partiklarna och mellan dem och behållarens väggar är elastiska och varar under mycket kort tid.
I ett slutet system förutsätter den ideala gasen ett beteende som involverar följande fysiska mängder: tryck, volym och temperatur. Dessa variabler definierar gasens termodynamiska tillstånd.
Gasernas beteende enligt gaslagar
Tryck (p) alstras genom rörelse av gaspartiklar inuti behållaren. Det utrymme som gasen innehar i behållaren är volymen (v). Och temperaturen (t) är relaterad till den genomsnittliga kinetiska energin hos de rörliga gaspartiklarna.
Läs också Gaslag och Studie av gaser.
inre energi
Den inre energin i ett system är en fysisk kvantitet som hjälper till att mäta hur de transformationer en gas genomgår sker. Denna storlek är relaterad till variationen i temperatur och kinetisk energi hos partiklar.
En idealisk gas, bestående av bara en typ av atom, har inre energi direkt proportionell mot gasens temperatur. Detta representeras av följande formel:
Lösta övningar om termodynamik
fråga 1
En cylinder med en rörlig kolv innehåller en gas med ett tryck av 4.0.104N / m2. När 6 kJ värme tillförs systemet vid konstant tryck expanderar gasvolymen med 1.0.10-1m3. Bestäm det utförda arbetet och förändringen av intern energi i denna situation.
Rätt svar: det utförda arbetet är 4000 J och den interna energiförändringen är 2000 J.
Data:
P = 4,0.104 N / m2
F = 6KJ eller 6000J
AV = 1,0.10-1 m3
T =? ΔU =?
Första steget: Beräkna arbetet med problemdata.
T = P. AV
T = 4.0.104. 1,0.10-1
T = 4000 J
Andra steget: Beräkna variationen av den interna energin med de nya uppgifterna.
Q = T + UU
ΔU = Q - T
ΔU = 6000 - 4000
AU = 2000J
Därför är det arbete som utförs 4000 J och den interna energiförändringen 2000 J.
fråga 2
(Anpassad från ENEM 2011) En motor kan bara utföra arbete om den får en mängd energi från ett annat system. I detta fall frigörs energin i bränslet delvis under förbränningen så att apparaten kan fungera. När motorn går kan en del av den energi som omvandlas eller transformeras vid förbränning inte användas för att utföra arbete. Detta innebär att det finns energiläckage i en annan form.
Enligt texten beror energitransformationerna som uppstår under motordrift:
a) värmeutsläpp inuti motorn är omöjligt.
b) arbete som utförs av motorn är okontrollerbart.
c) full omvandling av värme till arbete är omöjligt.
d) omvandling av termisk energi till kinetik är omöjlig.
e) bränslets potentiella energianvändning är okontrollerbar.
Rätt alternativ: c) full omvandling av värme till arbete är omöjligt.
Som tidigare sett kan värme inte omvandlas till arbete. Under motoroperationen går en del av den termiska energin förlorad och överförs till den yttre miljön.
Se också: Övningar om termodynamik
