A termodinamiğin ikinci yasası için hangi koşulların mevcut olduğunu belirler. sıcaklık ısı motorlarında ve buzdolaplarında işe dönüştürülebilir. tanımına da değinmektedir. entropi fiziksel sistemlerdeki parçacıkların düzensizliğini ölçebilen bir fenomen olarak.
Şunu da okuyun: Kalorimetri - ısı değişimini inceleyen fizik dalı
Bu makalenin konuları
- 1 - Termodinamiğin ikinci yasasının özeti
- 2 - Termodinamiğin ikinci yasası nedir?
-
3 - Termodinamiğin ikinci yasasının uygulamaları
- Isı motorlarında termodinamiğin ikinci yasası
- Buzdolaplarında termodinamiğin ikinci yasası
- 4 - Entropi ve termodinamiğin ikinci yasası
-
5 - Termodinamiğin ikinci yasasının formülleri
- Termal makineler ve buzdolapları
- buzdolapları
- Formüllerin uygulama örnekleri
- 6 - Carnot Döngüsü
- 7 - Termodinamiğin kanunları
- 8 - Termodinamiğin ikinci yasası üzerine çözülmüş alıştırmalar
Termodinamiğin ikinci yasasının özeti
Termodinamiğin ikinci yasası Clausius ve Kelvin-Planck ifadeleriyle temsil edilir.
Clausius ifadesi, ısının daha sıcak olan cisimden daha soğuk olana akışını konu alır.
Kelvin-Planck ifadesi, termal cihazların tüm ısılarını enerjiye çevirememelerini ele alır. iş.
Termodinamiğin ikinci yasası, ısı motorlarına ve buzdolaplarına uygulanır.
Carnot çevrimi, ısı motorlarının elde ettiği maksimum verimlilik çevrimidir.
Carnot çevriminin dört aşaması vardır; tersinir izotermal genişleme, tersinir adyabatik genişleme, tersinir izotermal sıkıştırma ve tersinir adyabatik sıkıştırma.
Carnot teoremi verimi ifade eder Carnot makineleri.
Termodinamiğin ikinci yasası nedir?
Termodinamiğin ikinci yasası bir termodinamik süreçlerde ortaya çıkan kısıtlamaları ele alan yasa. Fizikçiler Rudolf Clausius (1822-1888), Lord Kelvin (1824-1907) ve Max Planck (1858-1947) tarafından aşağıda göreceğimiz gibi ifade edilmiştir:
Fizikçi ve matematikçi Rudolf Clausius, ısı iletim akışının daha yüksek sıcaklıktaki gövdeden daha düşük sıcaklıktaki gövdeye doğru gerçekleştiğini belirtti. daha düşük sıcaklık, bu nedenle ters işlemin gerçekleşmesi doğal değildir, bu nedenle bu konuda çalışma yapılması gerekir. sistem. Bununla birlikte şunları söyledi:
Tek etkisi ısıyı daha soğuk bir cisimden daha sıcak bir cisme aktarmak olan bir işlemi gerçekleştirmek imkansızdır.|1|
Lord Kelvin olarak bilinen matematiksel fizikçi William Thomson, fizikçi Max Planck'ın katkılarıyla birlikte, Termal cihazların %100 verimliliğe sahip olmasının imkansızlığını ifade etmiştir., çünkü her zaman ısı kaybı olacaktır.
Şimdi durma... Tanıtımdan sonra devamı var ;)
Termodinamiğin ikinci yasasının uygulamaları
Termodinamiğin ikinci yasası, ısı motorlarına ve buzdolaplarına uygulanır.
Makinelerde termodinamiğin ikinci yasası termal
için Termal makineler ısıyı işe dönüştürme yeteneğine sahiptirler. Sıcak bir kaynak, ısı makinesine ısı sağlar ve bu da onu işe dönüştürür. Aşağıdaki resimde gösterildiği gibi soğuk kaynağa gönderdiği ısının geri kalanı:
Termal makinelere bazı örnekler: jet uçaklarındaki buhar ve kerosen türbinleri, içten yanmalı motorlar, termonükleer reaktörler.
Buzdolaplarında termodinamiğin ikinci yasası
Buzdolapları makinelerdir Isı motorlarının tersi şekilde çalışırlar.ile bir bölgeden ısıyı çıkardıkları yerde sıcaklık sıcaklığı düşürün ve daha yüksek sıcaklığa sahip bir bölgeye tedarik edin. Bu doğal olmadığı için aşağıdaki görselde anlatıldığı gibi makinenin elektrik enerjisi kullanarak iş yapması gerekmektedir.
Bazı buzdolabı örnekleri buzdolapları ve klimalardır.
Entropi ve termodinamiğin ikinci yasası
A termodinamiğin ikinci yasası entropinin varlığını öne sürer, bir fiziksel miktar fiziksel bir sistemdeki parçacıkların düzensizlik derecesini veya tersinmezlik derecesini ölçmekten sorumludur. Isı makinelerinde yer alan termodinamik süreçler, kendiliğinden, kaçınılmaz, geri döndürülemez ve geniş. Bununla, ancak süreçlerin oynaklık derecesini gözlemlemek ve kontrol altına almak mümkündür. Entropi arttıkça sistemdeki düzensizlik derecesi de artar.
A Entropi terminolojisi Yunanca kökenlidir ve “dönüşüm” anlamına gelir., “değiştir”, dolayısıyla Fiziksel rastgeleliği ve düzensizliği belirtmek için. Entropi aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanabilir:
\(∆S=\frac{∆U}T\)
\(∆S\) [J/K] cinsinden ölçülen entropi değişimidir.
\(∆U\) Joule [J] cinsinden ölçülen iç enerjideki değişimdir.
T, Kelvin [K] cinsinden ölçülen sıcaklıktır.
İstatistiksel bir bakış açısından, entropi aşağıdaki formülle hesaplanır:
\(S=k\cdot ln\ Ω\)
S, [J/K] cinsinden ölçülen entropidir.
k, Boltzmann sabitidir, buna değer \(1,4\cnokta 10^{-23}\ J/K\).
Ω, sistem için olası mikro durumların sayısıdır.
Şunu da okuyun: Isı yayılım süreçleri
Termodinamiğin ikinci yasasının formülleri
Termal makineler ve buzdolapları
\(Q_Q=W+Q_F\)
\(S_Q\) Joule [J] cinsinden ölçülen sıcak kaynağın ısısıdır.
W, Joule [J] cinsinden ölçülen, ısı motorunun yaptığı iştir.
\(Q_F\) Joule [J] cinsinden ölçülen, soğuk kaynaktan gelen ısıdır.
Aşağıdakilerle temsil edilebilir:
\(W=Q_Q-Q_F\)
W, Joule [J] cinsinden ölçülen, ısı motorunun yaptığı iştir.
\(S_Q\) Joule [J] cinsinden ölçülen sıcak kaynağın ısısıdır.
\(Q_F\) Joule [J] cinsinden ölçülen, soğuk kaynaktan gelen ısıdır.
buzdolapları
\(η=\frac{Q_F}{Q_Q-Q_F}\)
\(η\) buzdolabının verimliliğidir.
\(Q_F\) Joule [J] cinsinden ölçülen, soğuk kaynaktan gelen ısıdır.
\(S_Q\) Joule [J] cinsinden ölçülen sıcak kaynağın ısısıdır.
Şu şekilde temsil edilebilir:
\(η=\frac{Q_F}W\)
\(η\) buzdolabının verimliliğidir.
\(Q_F\) Joule [J] cinsinden ölçülen, soğuk kaynaktan gelen ısıdır.
W, Joule [J] cinsinden ölçülen, ısı motorunun yaptığı iştir.
örnekler formüllerin uygulanması
Örnek 1: Bir ısı motorunun, sıcak kaynaktan 500 J ısı alan ve soğuk kaynağa yalnızca 400 J ısı aktaran bir çevrim sırasında yaptığı işi hesaplayın.
Bir ısı motorunun işini hesaplamak için aşağıdaki formülü kullanacağız:
\(W=Q_Q-Q_F\)
Açıklamada belirtilen değerlerin değiştirilmesi:
\(G=500-400\)
\(G=100\J\)
Isı motorunun işi 100 Joule idi.
Örnek 2: Sıcak kaynaktan 150 J ısı alan ve soğuk kaynağa 50 J ısı aktaran bir buzdolabının verimi nedir?
Bir buzdolabının verimliliğini hesaplamak için aşağıdaki formülü kullanacağız:
\(η=\frac{Q_F}{Q_Q-Q_F}\)
Açıklamada verilen değerleri değiştirerek şunu elde ederiz:
\(η=\frac{50}{150-50}\)
\(η=\frac{50}{100}\)
\(η=0,5\)
Verimi %100 ile çarpmak:
\(η=0,5\cdot100%\)
\(η=50\%\)
Buzdolabı %50 verimliliğe sahiptir.
Carnot Döngüsü
Carnot döngüsü bilim adamı Sadi Carnot (1796-1832) tarafından geliştirilmiştir., sıcak kaynak ile soğuk kaynak arasında çalışan bir termik motorun ulaşabileceği maksimum verimi belirlemek amacı ile.
Carnot, yaptığı araştırmalara dayanarak, bir ısı motorundan maksimum verim elde etmek için, sürecinin tersine çevrilebilir olması için gerekliydi, bu nedenle, döngü adı verilen maksimum verim döngüsünü geliştirdi. Carnot ve İçinde çalışan ısı motoruna Carnot ısı motoru denir.. Carnot döngüsü tersine çevrilebilir olduğu için tersine çevrilebilir, buzdolapları bu şekilde geliştirildi.
Carnot döngüsü, kullanılan maddeden bağımsız olarak, aşağıdaki görselde de görebileceğimiz gibi, hacme göre basınç (p×V) grafiğinde açıklanan dört işlemden oluşur:
1. işlem, 1 noktasından → 2: gazın (veya sistemin) çalıştığı ve sıcak kaynaktan bir miktar ısı aldığı tersinir bir izotermal genleşme (sıcaklığın sabit kaldığı süreç) vardır.
2. işlem, noktadan 2 → 3: adyabatik bir genişleme (dış çevre ile ısı alışverişinin olduğu süreç) vardır, burada ısı alışverişi yoktur. termal kaynaklarla ısıtır, ancak gaz iş yapar ve iç enerjisinde bir azalma olur, bu da sıcaklık.
3. süreç, 3. noktadan → 4.: gazın iş aldığı ve soğuk kaynağa bir miktar ısı verdiği tersinir bir izotermal sıkıştırma meydana gelir.
4. süreç, 4. noktadan → 1.: Termal kaynaklarla hiçbir ısı alışverişinin olmadığı ve gazın sıcak kaynağın sıcaklığına ulaşıncaya kadar ısıtılır ve böylece onunla temas ettirilerek sonlanır. döngü.
termodinamik yasaları
Termodinamiğin yasaları, termodinamiğin tüm çalışmasını yöneten dört yasadır. termodinamik, hacim, sıcaklık ve basınç ile ısı ve enerji gibi diğer fiziksel nicelikler arasındaki ilişkileri inceleyin.
Termodinamiğin sıfırıncı yasası: kanunu termal denge, farklı sıcaklıklara sahip cisimler arasındaki ısı alışverişini inceler.
termodinamiğin birinci yasası: termodinamik sistemlerde enerjinin korunumu yasasıdır, ısının işe ve/veya iç enerjiye dönüşümünü inceler.
Termodinamiğin ikinci yasası: ısı motorları, buzdolapları ve entropi ile ilgilenen yasadır.
Termodinamiğin üçüncü yasası: kanunu tamamen sıfır, bu sıcaklığın etkilerini inceliyor.
sen de oku: Isı motorlarının performansı
Termodinamiğin ikinci yasası ile ilgili çözülmüş alıştırmalar
soru 1 Soğuk kaynağın sıcaklığının 450 K olduğunu ve veriminin %80 olduğunu bilen bir Carnot motorunun sıcak kaynağının sıcaklığını belirleyin.
a) 2250 bin
b) 450K
ç) 1500K
ç) 900K
e) 3640 bin
Çözünürlük:
Alternatif A. Sıcak kaynağın sıcaklığını bir Carnot motorunun verimlilik formülüne göre hesaplayacağız:
\(η=1-\frac{T_F}{T_Q} \)
\(80 \%=1-\frac{450}{T_Q} \)
\(\frac{80}{100}=1-\frac{450}{T_Q} \)
\(0,8=1-\frac{450}{T_Q} \)
\(0,8-1=-\frac{450}{T_Q} \)
\(-0,2=-\frac{450}{T_Q} \)
\(0,2=\frac{450}{T_Q} \)
\(T_Q=\frac{450}{0,2}\)
\(T_Q=2250\ K\)
soru 2 (Cefet-PR) Termodinamiğin 2. ilkesi şöyle ifade edilebilir: “Makine yapılamaz. tek etkisi bir kaynaktan ısıyı uzaklaştırmak ve onu bütünleşik olarak dönüştürmek olan döngüler halinde işleyen termal enerji iş". Ek olarak, bu ilke bizi şu sonuca götürür:
a) Verimliliği %100 olan termal makineler yapmak her zaman mümkündür.
b) herhangi bir ısı motorunun yalnızca bir ısı kaynağına ihtiyacı vardır.
c) ısı ve iş homojen nicelikler değildir.
d) herhangi bir ısı motoru sıcak bir kaynaktan ısı çeker ve bu ısının bir kısmını soğuk bir kaynağa verir.
e) sadece soğuk bir kaynakla, her zaman 0 °C'de tutulursa, belirli bir ısı motorunun ısıyı tamamen işe dönüştürmesi mümkün olabilir mi?
Çözünürlük:
Alternatif D. Bu ilke bize, sıcak kaynaktan tüm ısıyı uzaklaştırmanın ve onu soğuk kaynağa aktarmanın imkansız olduğunu bildirir.
Not
|1| Temel fizik dersi: Akışkanlar, Salınımlar ve Dalgalar, Isı (cilt. 2).
kaydeden Pamella Raphaella Melo
Fizik öğretmeni
Bir sistemin entropisi, onun düzensizlik derecesinin ölçüsünden başka bir şey değildir. İkinci Yasayı entropi kavramından formüle etmek mümkündür.
Isı motorlarının büyüleyici tarihini ve ana kullanımlarını keşfedin.
Termal makinelerin, termodinamik çevrimlerin ve verimliliğin ne olduğunu biliyor musunuz? Bu önemli termodinamik kavramları hakkında daha fazla bilgi edinin.
Metne erişin ve Termodinamiğin Birinci Kanununun tanımını öğrenin, bu kanunun kullandığı formüllerin neler olduğunu görün ve konuyla ilgili çözümlü alıştırmalara göz atın.
İzotermal, İzovolümetrik ve Adyabatik Dönüşüm. Onlarla tanış!
Termodinamiğin ne olduğunu biliyor musunuz? Konuyla ilgili en önemli kavramların hangileri olduğunu öğrenmek için metne erişin, Termodinamiğin kanunları hakkında bilgi edinin.
