Termin je koji se koristi za obuhvaćanje niza studija i pokusa koji se izvode prema zakonima fizike, koji detaljno analiziraju ravnotežu kopnenih elemenata, kao i to kako toplina i energija utječu na život na planetu i materijali koji ga čine. Iz toga je moguće stvoriti različite strojeve koji pomažu u industrijskim procesima. Riječ dolazi od grčkih riječi θερμο i δύναμις, koje znače „termo“ i „toplina“.
Što je termodinamika
Sadržaj
Definicija termodinamike ukazuje da je znanost koja se posebno bavi zakonima koji reguliraju transformaciju toplinske energije u mehaničku i obratno. Temelji se na tri temeljna principa i ima očite filozofske implikacije, a također omogućuje formuliranje koncepata koji su među najdalekosežnijim u fizici.
Unutar toga koriste se različite metode istraživanja i procjene potrebnih predmeta, poput opsežnih i neopsežnih veličina. Opsežna proučava unutarnju energiju, molarni sastav ili volumen, a druga, sa svoje strane, proučava pritisak, temperatura i kemijski potencijal; čak i tako se za točnu analizu koriste druge veličine.
Što proučava termodinamika
Termodinamika proučava razmjenu toplinske energije između sustava i mehaničke i kemijske pojave koje takve izmjene podrazumijevaju. Na poseban je način zadužen za proučavanje pojava u kojima dolazi do transformacije mehaničke energije u toplinsku energiju ili obrnuto, pojava koje se nazivaju termodinamičke transformacije.
Smatra se fenomenološkom znanošću, jer se usredotočuje na makroskopska proučavanja predmeta i drugih. Slično tome, koristi se drugim znanostima kako bi mogao objasniti pojave koje želi prepoznati u svojim objektima analize, poput statističke mehanike. Termodinamički sustavi koriste neke jednadžbe koje pomažu u miješanju njihovih svojstava.
Među njezinim osnovnim principima može se naći i onaj energije koji se toplinom može prenijeti iz jednog tijela u drugo. Primjenjuje se na mnoga područja proučavanja, poput inženjerstva, kao i na suradnji s razvojem motora, proučavanjem faznih promjena, kemijskih reakcija i crnih rupa.
Što je termodinamički sustav
Termodinamički sustav naziva se tijelom ili skupom tijela nad kojim se odvija termodinamička transformacija. Proučavanje sustava vrši se polazeći od stanja, odnosno od njegovih fizičkih uvjeta u danom trenutku. Na mikroskopskoj razini, navedeno se stanje može opisati pomoću koordinata ili toplinskih varijabli, poput mase, tlaka, temperature itd., Koje su savršeno mjerljive, ali na mikroskopskoj razini frakcije (molekule, atomi) koje čine sustav i prepoznati skup položaja i brzina tih čestica o kojima mikroskopska svojstva u konačnici ovise.
Osim toga, termodinamički sustav je područje prostora koje je predmet proučavanja koje se provodi i koje je ograničeno površinom koja može biti stvarna ili izmišljena. Regija izvan sustava koja s njim komunicira naziva se sistemsko okruženje. Termodinamički sustav komunicira sa svojim okolišem razmjenom tvari i energije.
Površina koja sustav odvaja od ostatka konteksta naziva se zidom, a prema svojim karakteristikama klasificiraju se u tri vrste koje su:
Otvoreni termodinamički sustav
To je razmjena između energije i materije.
Zatvoreni termodinamički sustav
Ne razmjenjuje materiju, ali razmjenjuje energiju.
Izolirani termodinamički sustav
Ne razmjenjuje materiju ili energiju.
Principi termodinamike
Termodinamika ima određene osnove koje određuju osnovne fizikalne veličine koje predstavljaju termodinamičke sustave. Ovi principi objašnjavaju kakvo je njihovo ponašanje u određenim uvjetima i sprječavaju pojavu određenih pojava.
Kaže se da je tijelo u toplinskoj ravnoteži kada su toplina koju opaža i koja je jednaka. U ovom slučaju temperatura svih točaka je i ostaje konstantna. Paradoksalan slučaj toplinske ravnoteže je željezo izloženo suncu.
Jednom kad se postigne ravnoteža, temperatura ovog tijela ostaje viša od one u okolišu, jer se kontinuirana opskrba sunčevom energijom nadoknađuje onom koju tijelo zrači i gubi je svojom provodnošću i konvekcijom.
Nula princip termodinamike ili zakon termodinamike nula postoji kada dva tijela u kontaktu su na istoj temperaturi, nakon postizanja toplinske ravnoteže. Lako je razumljivo da se najhladnije tijelo zagrijava, a ono toplije hladi, a time i neto protok topline između njih opada kako se njihova razlika u temperaturi smanjuje.
"> Učitavanje…Prvi zakon termodinamike
Prvo načelo termodinamike je načelo očuvanja energije (pravilno i u skladu s teorijom relativnosti tvari-energije) prema kojem se ona niti stvara niti uništava, iako se može na određeni način transformirati drugom.
Generalizacija energetskog principa omogućuje nam da potvrdimo da je promjena unutarnje sile sustava zbroj obavljenog i prenesenog posla, logična izjava budući da je utvrđeno da su rad i toplina načini prijenosa energije i da to nije stvoriti ili uništiti.
Unutarnja energija sustava razumijeva se kao zbroj različitih energija i svih čestica koje ga čine, kao što su: translacijska, rotacijska i vibracijska kinetička energija, energija vezanja, energija kohezije itd.
Prvo se načelo ponekad navodilo kao nemogućnost postojanja vječnog mobitela prve vrste, odnosno mogućnosti proizvodnje djela bez trošenja energije na bilo koji od načina na koji se manifestira.
Drugo načelo termodinamike
Ovo drugo načelo bavi se nepovratnošću fizičkih događaja, posebno u vrijeme prijenosa topline.
Veliki broj eksperimentalnih činjenica pokazuje da transformacije koje se događaju prirodno imaju određeno značenje, a da se nikad nisu primijetile, da se spontano provode u suprotnom smjeru.
Drugi princip termodinamike je uopćavanje onoga što iskustvo uči o smislu u kojem se događaju spontane transformacije. Podržava razne formulacije koje su zapravo ekvivalentne. Lord Kelvin, britanski fizičar i matematičar, izjavio je to 1851. godine "Nemoguće je izvršiti transformaciju čiji je jedini rezultat pretvaranje u rad topline izvučene iz jednog izvora jednolike temperature"
Ovo je jedan od najvažnijih zakona termodinamike u fizici; Iako se mogu formulirati na mnogo načina, svi oni vode do objašnjenja pojma nepovratnosti i entropije. Njemački fizičar i matematičar Rudolf Clausius utvrdio je nejednakost koja je povezana između temperatura proizvoljnog broja toplinskih izvora i količine apsorbirane topline koju oni apsorbiraju kada tvar prolazi kroz bilo koji ciklički proces, reverzibilan ili nepovratan, izmjenjujući toplinu s izvori.
U hidroelektrani se električna energija proizvodi iz potencijalne energije zabranjene vode. Ta se snaga pretvara u kinetičku energiju kad se voda spusti kroz cijevi, a mali dio te kinetičke energije pretvori se u rotacijsku kinetičku silu turbine, čija je os integralna s osi induktora alternatora koji generira silu električni.
Prvo načelo termodinamike omogućuje nam da osiguramo da u promjenama od jednog oblika energije do drugog nije došlo niti do povećanja niti smanjenja početne snage, drugo načelo nam govori da će dio te energije biti otpušten u obliku topline.
Treće načelo termodinamike
Treći zakon razvio je kemičar Walther Nernst tijekom godina 1906-1912, zbog čega se često naziva Nernstovim teoremom ili Nernstovim postulatom. Ovo treće načelo termodinamike kaže da je entropija apsolutnog nultog sustava definitivna konstanta. To je zato što u osnovnom stanju postoji sustav nulte temperature, pa se njegova entropija određuje degeneracijom osnovnog stanja. 1912. Nernst je zakon uspostavio ovako: "Nijednim postupkom nije moguće postići izotermu T = 0 u konačnom broju koraka"
Termodinamički procesi
U konceptu termodinamike procesi su promjene koje se događaju u sustavu i koje ga prevode iz stanja početne ravnoteže u stanje konačne ravnoteže. Oni su klasificirani prema varijabli koja je tijekom cijelog procesa održavana konstantnom.
Može se dogoditi postupak od topljenja leda, do paljenja smjese zrak-gorivo radi izvođenja kretanja klipova u motoru s unutarnjim izgaranjem.
Tri su uvjeta koja se mogu razlikovati u termodinamičkom sustavu: temperatura, volumen i tlak. Termodinamički procesi proučavaju se u plinovima, jer su tekućine nestisljive i ne dolazi do promjena volumena. Također, zbog visokih temperatura tekućine se pretvaraju u plinove. Na krutinama se termodinamička ispitivanja ne provode jer su nestlačiva i na njima nema mehaničkog rada.
Vrste termodinamičkih procesa
Ti se procesi klasificiraju prema njihovom pristupu kako bi se jedna od varijabli održala konstantnom, bilo temperatura, tlak ili volumen. Uz to se primjenjuju i drugi kriteriji, poput razmjene energije i modifikacije svih njezinih varijabli.
Izotermni proces
Izotermni procesi su svi oni u kojima temperatura sustava ostaje konstantna. To se radi tako da se ostale varijable (P i V) s vremenom mijenjaju.
Izobarski proces
Izobarski postupak je onaj u kojem tlak ostaje konstantan. Varijacije temperature i volumena definirat će njegov razvoj. Glasnoća se može slobodno mijenjati kada se temperatura promijeni.
Izohorski procesi
U izohornim procesima volumen ostaje konstantan. Također se mogu smatrati onima u kojima sustav ne generira nikakav rad (W = 0).
U osnovi su to fizikalni ili kemijski fenomeni koji se proučavaju unutar bilo kojeg spremnika, bilo uz uzbuđenje ili ne.
Adijabatski proces
Adijabatski proces je onaj termodinamički proces u kojem nema izmjene topline iz sustava prema van ili u suprotnom smjeru. Primjeri ove vrste postupka su oni koji se mogu izvesti u termosici za piće.
"> Učitavanje…Primjeri termodinamičkih procesa
- Primjer izohornog postupka: Količina plina održava se konstantnom. Kada se dogodi bilo koja vrsta promjene temperature, ona će biti popraćena promjenom tlaka. Kao što je slučaj s parom u loncu pod pritiskom, ona povećava svoj pritisak dok se zagrijava.
- Kao primjer izotermnog postupka: Temperatura plina održava se konstantnom. Kako se volumen povećava , tlak opada. Na primjer, balon u stroju za izradu vakuuma povećava svoj volumen kako se stvara vakuum.
- U odnosu na adijabatski postupak: na primjer, kompresija klipa u pumpi za napuhavanje gume za bicikle ili brza dekompresija klipa šprice, prethodno ga komprimirajući začepljenom izlaznom rupom.
