Термодинаміка - це область фізики, яка вивчає передачу енергії. Він прагне зрозуміти взаємозв'язок між теплом, енергією та роботою, аналізуючи кількість теплообміну і роботу, виконану у фізичному процесі.
Термодинамічна наука спочатку була розроблена дослідниками, які шукали спосіб вдосконалення машин, в період промислової революції, підвищення їх ефективності.
Наразі ці знання застосовуються в різних ситуаціях нашого повсякденного життя. Наприклад: теплові машини та холодильники, автомобільні двигуни та процеси переробки мінералів та нафтопродуктів.
Закони термодинаміки
Основні закони термодинаміки регулюють те, як тепло стає роботою, і навпаки.
Перший закон термодинаміки
THE Перший закон термодинаміки відноситься до принцип енергозбереження. Це означає, що енергію в системі не можна знищити або створити, лише перетворити.
Формула, яка представляє перший закон термодинаміки, така:
Кількість тепла, роботи та зміни внутрішньої енергії є стандартною одиницею виміру Джоуля (J).
Практичний приклад енергозбереження - коли людина використовує насос для надування надувного предмета, він застосовує силу для накачування повітря в об’єкт. Це означає, що кінетична енергія змушує поршень опускатися. Однак частина цієї енергії перетворюється на тепло, яке втрачається для навколишнього середовища.
THE Закон Гесса є приватним випадком принципу енергозбереження. Дізнайся більше!
Другий закон термодинаміки
В тепловіддачі вони завжди відбуваються від найтеплішого до найхолоднішого тіла, це відбувається спонтанно, але не навпаки. Це означає, що процеси передачі теплової енергії незворотні.
Таким чином, Другий закон термодинаміки, неможливо, щоб тепло повністю перетворилося на іншу форму енергії. З цієї причини тепло вважається деградованою формою енергії.
Фізична величина, пов'язана з Другим законом термодинаміки, є ентропія, що відповідає ступеню розладу системи.
Читайте також:
- Цикл Карно
- Теплове розширення
Нульовий закон термодинаміки
THE Нульовий закон термодинаміки має справу з умовами отримання тепловий баланс. Серед цих умов можна відзначити вплив матеріалів, які роблять теплопровідність вищою або меншою.
Відповідно до цього закону,
- якщо тіло А перебуває в тепловій рівновазі в контакті з тілом В і
- якщо це тіло А перебуває в тепловій рівновазі в контакті з тілом С, то
- B знаходиться в тепловій рівновазі в контакті з C.
Коли два тіла з різною температурою контактують, тепліше передаватиме тепло холоднішому. Це призводить до вирівнювання температур, досягаючи тепловий баланс.
Його називають нульовим законом, оскільки його розуміння виявилося необхідним для перших двох законів, які вже існували, першого та другого законів термодинаміки.
Третій закон термодинаміки
THE Третій закон термодинаміки це виглядає як спроба встановити абсолютну контрольну точку, що визначає ентропію. Ентропія насправді є основою Другого закону термодинаміки.
Вальтер Нернст, фізик, який її запропонував, дійшов висновку, що для чистої речовини з нульовою температурою неможливо мати ентропію при наближеному значенні нуля.
З цієї причини це суперечливий закон, який розглядається багатьма фізиками як правило, а не як закон.
термодинамічні системи
У термодинамічній системі може бути одне або кілька тіл, які пов’язані між собою. Середовище, яке його оточує, і Всесвіт представляють зовнішнє середовище для системи. Систему можна визначити як: відкриту, закриту або ізольовану.
термодинамічні системи
Коли система відкрита, відбувається перенесення маси та енергії між системою та зовнішнім середовищем. У закритій системі є лише передача енергії (тепло), а коли вона ізольована, обміну не відбувається.
поведінка газів
Мікроскопічну поведінку газів легше описати та інтерпретувати, ніж в інших агрегатних станах (рідкому та твердому). Ось чому в цих дослідженнях найбільше використовують гази.
У термодинамічних дослідженнях використовуються ідеальні або досконалі гази. Це модель, в якій частинки рухаються хаотично і взаємодіють лише під час зіткнень. Крім того, вважається, що ці зіткнення між частинками, а також між ними та стінками контейнера є еластичними та тривають дуже короткий час.
У закритій системі ідеальний газ приймає поведінку, яка включає такі фізичні величини: тиск, об’єм і температуру. Ці змінні визначають термодинамічний стан газу.
Поведінка газів відповідно до газових законів
Тиск (p) створюється рухом частинок газу всередині контейнера. Простір, який займає газ всередині контейнера, є об’ємом (v). А температура (t) пов’язана із середньою кінетичною енергією рухомих частинок газу.
Читайте теж Закон про газ і Вивчення газів.
внутрішня енергія
Внутрішня енергія системи - це фізична величина, яка допомагає виміряти, як відбуваються перетворення, які зазнає газ. Ця величина пов'язана з коливанням температури та кінетичної енергії частинок.
Ідеальний газ, що складається лише з одного типу атома, має внутрішню енергію, прямо пропорційну температурі газу. Це представлено наступною формулою:
Розв’язані вправи з термодинаміки
питання 1
Балон з рухомим поршнем містить газ під тиском 4,0.104Н / м2. Коли в систему подається 6 кДж тепла, при постійному тиску об’єм газу збільшується на 1,0,10-1м3. Визначте виконану роботу та зміну внутрішньої енергії в цій ситуації.
Правильна відповідь: виконана робота становить 4000 Дж, а внутрішня зміна енергії - 2000 Дж.
Дані:
P = 4,0.104 Н / м2
Питання = 6KJ або 6000J
ΔV = 1,0.10-1 м3
Т =? ΔU =?
1-й крок: Обчисліть роботу з даними задачі.
Т = П. ΔV
Т = 4.0.104. 1,0.10-1
Т = 4000 Дж
2-й крок: Обчисліть варіацію внутрішньої енергії за новими даними.
Q = T + ΔU
ΔU = Q - T
ΔU = 6000 - 4000
ΔU = 2000 Дж
Отже, виконана робота становить 4000 Дж, а внутрішня зміна енергії - 2000 Дж.
питання 2
(Адаптовано до ENEM 2011) Двигун може виконувати роботу лише в тому випадку, якщо він отримує кількість енергії від іншої системи. У цьому випадку енергія, що зберігається у паливі, частково виділяється під час згоряння, щоб прилад міг функціонувати. Коли двигун працює, частина енергії, перетвореної або перетвореної при згорянні, не може бути використана для роботи. Це означає, що відбувається витік енергії в іншій формі.
Згідно з текстом, перетворення енергії, що відбуваються під час роботи двигуна, зумовлені:
а) виділення тепла всередині двигуна неможливе.
б) робота, виконувана двигуном, некерована.
в) повне перетворення тепла в роботу неможливе.
г) перетворення теплової енергії в кінетику неможливе.
д) потенційне споживання енергії паливом не піддається контролю.
Правильна альтернатива: в) повне перетворення тепла в роботу неможливе.
Як було видно раніше, тепло не може бути повністю перетворене в роботу. Під час роботи двигуна частина теплової енергії втрачається, передаючись у зовнішнє середовище.
Дивіться теж: Вправи з термодинаміки
