Termodynamik noter: 13 fakta, du bør vide

Termodynamiske bemærkninger

Termodynamik: Den gren af ​​fysik og videnskab, der beskæftiger sig med sammenhængen mellem varme og andre energiformer, der kan overføres fra en form til et andet sted, kan defineres som termodynamik. Visse udtryk at vide om, når man undersøger termodynamik, kan forstås bedre ved at følge begrebet.

Varme

Varme er en form for energi, overførsel af energi fra et legeme til et andet sker på grund af temperaturforskelle og varmeenergi strømmer fra et varmt legeme til et koldt legeme, for at gøre det til termisk ligevægt og spiller en meget kritisk rolle i princippet om termodynamik.

Arbejde

En ekstern kraft påført i forskydningsretningen, der gør det muligt for objektet at bevæge sig en bestemt afstand, gennemgår en bestemt energioverførsel, der kan defineres som arbejde i bøgerne om fysik eller videnskab. I matematiske termer kan arbejde beskrives som den anvendte kraft ganget med den tilbagelagte afstand. Hvis forskydningen er involveret i en vinkel Θ når der udøves kraft, kan ligningen være:

W = fs

W = fscosӨ

Hvor,

 f = anvendt kraft

s = tilbagelagt afstand

Ө = forskydningsvinkel

Termodynamik er et meget vigtigt aspekt af vores daglige liv. De følger et sæt love, der skal overholdes, når de anvendes med hensyn til fysik.

Termodynamiklove

Selvom universet er defineret af mange love, er kun meget få mægtige. Lovene om termodynamik som en disciplin blev formuleret og åbnede veje for adskillige andre fænomener, der spænder fra køleskabe til kemi og langt ud over livsprocesser.

De fire grundlæggende termodynamikkens love overvejer empiriske fakta og fortolke fysiske størrelser, såsom temperatur, varme, termodynamisk arbejde og entropi, der definerer termodynamiske operationer og systemer i termodynamisk ligevægt. De forklarer sammenhængen mellem disse mængder. Udover deres anvendelse i termodynamik har lovene integrative anvendelser i andre grene af videnskaben. I termodynamik kan et 'System' være en metalblok eller en beholder med vand, eller endda vores menneskelige krop, og alt andet kaldes 'Omgivelser'.

nulth lov om termodynamik adlyder den transitive egenskab af grundlæggende matematik, at hvis to systemer er i termisk ligevægt med en 3rd systemet, så er disse også i termisk ligevægtstilstand med hinanden.

De grundlæggende begreber, der skal dækkes for at forstå termodynamikens love, er system og omgivelser.

System og omgivelser

Samlingen af ​​et bestemt sæt emner, vi definerer eller inkluderer (noget så lille som et atom til noget så stort som solsystemet) kan kaldes et system, mens alt, hvad der ikke falder ind under systemet, kan betragtes som omgivelserne og disse to begreber er adskilt af en grænse.

For eksempel betragtes kaffe i en kolbe som et system og omgivelser med en grænse.

I det væsentlige består et system af tre typer, nemlig åbnet, lukket og isoleret.

termodynamik note
Figur: System og omgivelser i termodynamik

Termodynamiske ligninger

Ligningerne dannet i termodynamikken er en matematisk repræsentation af det termodynamiske princip, der udsættes for mekanisk arbejde i form af ligningsudtryk.

De forskellige ligninger, der dannes i de termodynamiske love og funktioner, er som følger:

● ΔU = q + w (første lov i TD)

● ΔU = Uf - Ui (intern energi)

● q = m Cs ΔT (varme / g)

● w = -PextΔV (arbejde)

● H = U + PV

ΔH = UU + P ΔV

ΔU = ΔH - PΔV

ΔU = ΔH - ΔnRT (entalpi til intern energi)

● S = k ln Ω (anden lov i Boltzman-formlen)

● ΔSrxn ° = ΣnS ° (produkter) - ΣnS ° (reaktanter) (tredje lov)

● ΔG = ΔH - TΔS (fri energi)

Termodynamikens første lov

Den 1st lov om termodynamik uddyber, at når energi (som arbejde, varme eller stof) bæres ind eller ud af et system, vil systemets interne energi ændre sig i henhold til loven om bevarelse af energi (hvilket betyder, at energi hverken kan skabes eller ødelægges og kan kun overføres eller konverteres fra en form til en anden), dvs. maskine til evig bevægelse af 1st art (en maskine, der faktisk fungerer uden energi i / p) er uopnåelig.

For eksempel er belysning af en pære en lov om, at elektrisk energi omdannes til lysenergi, som faktisk lyser, og en del vil gå tabt som varmeenergi.

 ΔU = q + w

  • ΔU er den totale interne energiændring i et system.
  • q er varmeoverførslen mellem et system og dets omgivelser.
  • w er det arbejde, der udføres af systemet.
Picture2
Termodynamik bemærker: Første lov om termodynamik

Anden lov om termodynamik

Den anden lov om termodynamik definerer en vigtig egenskab ved et system kaldet entropi. Universets entropi er altid stigende og matematisk repræsenteret som ΔSuniv> 0, hvor ΔSuniv er ændringen i universets entropi.

Entropi

Entropi er målingen af ​​systemets tilfældighed, eller det er målingen for energi eller kaos med i et isolatsystem, dette kan betragtes som et kvantitativt indeks, der beskrev klassificeringen af ​​energi.

Den anden lov angiver også den øvre grænse for systemers effektivitet og retning af processen. Det er et grundlæggende koncept, at varme ikke strømmer fra et objekt med lavere temperatur til et objekt med større temperatur. For at dette skal ske, skal der leveres eksternt arbejdsinput til systemet. Dette er en forklaring på et af de grundlæggende i termodynamikens anden lov kaldet ”Clausius-erklæring om anden lov”. Det hedder, at ”Det er umuligt at overføre varme i en cyklisk proces fra lav temperatur til høj temperatur uden arbejde fra en ekstern kilde”.

2. lov 1
Figur: Termodynamikens anden lov Billedkilde: NASA

 Et virkeligt eksempel på denne erklæring er køleskabe og varmepumper. Det er også kendt, at en maskine, der ikke kan omsætte al den energi, der leveres til et system, ikke kan konverteres til at arbejde med en effektivitet på 100 procent. Dette guider os derefter til følgende erklæring kaldet "Kelvin-Planck-erklæringen om anden lov". Udsagnet er som følger "Det er umuligt at konstruere en enhed (motor), der fungerer i en cyklus, der ikke vil producere anden effekt end udvinding af varme fra et enkelt reservoir og konvertere det hele til arbejde".

Matematisk kan Kelvin-Planck-sætningen skrives som: Wcycle ≤ 0 (for et enkelt reservoir) En maskine, der kan producere arbejde kontinuerligt ved at tage varme fra et enkelt varmebeholder og konvertere det hele til arbejde kaldes en maskine til evig bevægelse af den anden slags. Denne maskine overtræder direkte Kelvin-Planck-erklæringen. Så for at sige det i enkle vendinger, for at et system til at producere fungerer i en cyklus, skal det interagere med to termiske reservoirer ved forskellige temperaturer.

Således uddyber termodynamikens 2. lov i lægmandssigt, når energiomdannelse sker fra en til en anden tilstand, vil entropi ikke falde, men stiger altid uanset i et lukket system.

Termodynamikens tredje lov

I lægmandssprog siger den tredje lov, at entropien af ​​et objekt nærmer sig nul, når den absolutte temperatur nærmer sig nul (0K). Denne lov hjælper med at finde et absolut legitimationspunkt for at opnå entropien. Den 3rd loven om termodynamik har to væsentlige egenskaber som følger.

Tegnet på entropi af et bestemt stof ved enhver temperatur over 0K genkendes som positivt tegn, og det giver et fast referencepunkt til at identificere absolutte entropi af ethvert specifikt stof ved ethvert temp.

Picture1
Figur: TS-diagram Billedkilde: Wikipedia genererer

Forskellige energimål

ENERGI

Energi defineres som kapacitet til at udføre arbejde. Det er en skalær mængde. Det måles i KJ i SI-enheder og Kcal i MKS-enheder. Energi kan have mange former.

ENERGIFORMER:

 Energi kan eksistere i adskillige former såsom

  • 1. Intern energi
  • 2. Termisk energi
  • 3. Elektrisk energi
  • 4. Mekanisk energi
  • 5. Kinetisk energi
  • 6. Potentiel energi
  • 7. Vindenergi og
  • 8. Atomenergi

Dette kategoriseres yderligere i

(a) Lagret energi og (b) Transit energi.

Lagret energi

Den lagrede energiform kan være en af ​​de følgende to typer.

  • Makroskopiske energiformer: Potentiel energi og kinetisk energi.
  • Mikroskopiske energiformer: Intern energi.

Transit energi

Transit energi betyder energi i overgang, grundlæggende repræsenteret af energien i et system, der er i stand til at krydse grænserne

Varme:

 Det er en overførselsform af energi, der flyder mellem to systemer under temperaturforskellen mellem dem.

(a) Kalorie (cal) Det er den varme, der er nødvendig for at hæve temperaturen på 1 g H2O med 1 ° C

(b) Britisk termisk enhed (BTU) Det er den varme, der er nødvendig for at hæve temperaturen på 1 lb H2O med 1 grader F

Arbejde:

En energiinteraktion mellem et system og dets omgivelser under en proces kan betragtes som arbejdsoverførsel.

Enthalpi:

Entalpi (H) defineret som summeringen af ​​systemets indre energier og produktet af dets tryk og volumen og entalpi er en tilstandsfunktion, der bruges inden for fysiske, mekaniske og kemiske systemer ved et konstant tryk, repræsenteret i Joule (J) i SI enheder.

Forholdet mellem måleenhederne for energi (med hensyn til Joule, J)

EnhedTilsvarende
1eV1.1602 x 10-19 J
1 kal4.184 J
1 BTU1.055 kJ
1 W1 J / sek

Tabel: Forholdstabel 

Maxwells forhold

De fire mest traditionelle Maxwell-relationer er lighed med de anden derivater af hvert af de fire termodynamiske perspektiver med hensyn til deres mekaniske variabler såsom tryk (P) og lydstyrke (V) plus deres termiske variabler såsom temperatur (T) og entropi ( S).

lN3F6ycg qCMH2raNFdQs NNj chwCPKYnquRMUnVAI5hPc9NkCiQ7yz mfLNADWrE

Ligning: fælles Maxwells relationer

Konklusion

Denne artikel om termodynamik giver dig et glimt af de grundlæggende love, definitioner, ligningsrelationer og dens få anvendelser, selvom indholdet er kort, kan det bruges til at kvantificere mange ukendte. Termodynamik finder anvendelse i forskellige felter, da nogle mængder er lettere at måle end andre, selvom dette emne er dybt i sig selv, termodynamik er grundlæggende, og dens fascinerende fænomener giver os en dyb forståelse af energiens rolle i dette univers

Nogle spørgsmål relateret til området termodynamik

Hvad er anvendelsen af ​​termodynamik i ingeniørfag?

Der er flere anvendelser af termodynamik i vores daglige liv såvel som inden for teknik. Lovene om termodynamik anvendes iboende i bilindustrien og den aeronautiske ingeniørsektor, såsom i IC-motorer og gasturbiner i de respektive afdelinger. Det anvendes også i varmemotorer, varmepumper, køleskabe, kraftværker, klimaanlæg og mere i henhold til termodynamikens principper.

Hvorfor er termodynamik vigtig?

Der er forskellige bidrag fra termodynamikken i vores daglige liv såvel som i ingeniørsektoren. De processer, der forekommer naturligt i vores daglige liv, falder ind under vejledning af termodynamiske love. Begreberne af varmeoverførsel og de termiske systemer i miljøet forklares af det termodynamiske fundamentale, hvorfor emnet er meget vigtigt for os.

Hvor lang tid tager det en flaske vand at fryse, mens den er ved en temperatur på 32 ° F?

 Med hensyn til en konceptuel løsning på det givne spørgsmål vil den tid, det tager at fryse en flaske vand ved en temperatur på 32F, være afhængig af vandets kimningspunkt, som kan defineres som det punkt, hvor molekylerne i væsken samles for at blive til en krystalstruktur af fast stof, hvor rent vand fryser ved -39 ° C.

Andre faktorer i betragtning er den latente fusionsvarme med vand, som er den mængde energi, der kræves for at ændre dets tilstand, i det væsentlige flydende til fast eller fast til væske. Den latente vandvarme ved 0 ° C til fusion er 334 joule pr. Gram.

Hvad er afskæringsforholdet, og hvordan påvirker det en dieselmotors termiske effektivitet?

Afskæringsforholdet er omvendt proportionalt med diesel cyklus da der er en stigning i effektiviteten af ​​cut-off-forholdet, er der et fald eller en reduktion i effektiviteten af ​​en dieselmotor. Afskæringsforholdet er baseret på dets ligning, hvor overensstemmelsen mellem cylindervolumenet før og efter forbrænding er i forhold til hinanden.

Det går som følger:

 
Mj Ib6Mi8W4mf6Q6fJ8ghe0KVGXrgdTjXc6BkTr4nqx6mg 1BqNHIA UVHBQP jCYZ9LoCkxatHjmCa7Fa4Vk8mcDqD0wyMx2QcazAtmsG u WIpjaYZCOGPOj92cjITeSjaEqQ
 Ligning 1: Afskæringsforhold

Hvad er en steady-state i termodynamik?

Den aktuelle tilstand for et system, der indeholder en strøm gennem det over tid, og variablerne for den pågældende proces forbliver konstant, så kan denne tilstand defineres som et steady-state-system inden for emnet termodynamik.

Hvad er eksemplerne på fast grænse og bevægelig grænse i tilfælde af termodynamik?

En bevægelig grænse eller med andre ord kontrolmasse er en bestemt systemklasse, hvor materie ikke kan bevæge sig over systemets grænse, mens selve grænsen fungerer som en fleksibel karakter, der kan ekspandere eller trække sig sammen uden at lade nogen masse flyde ind eller ud af det. Et simpelt eksempel på et bevægeligt grænsesystem i grundlæggende termodynamik ville være et stempel i en IC-motor, hvor grænsen udvides, når stemplet forskydes, mens massen af ​​gassen i cylinderen forbliver konstant, så arbejdet kan udføres.

5ormIhuE6JPsN Og1pk2xsKt3x3WtRRbpVzne2HBNSTyDGjszLIgEXkLr3BhdWzARk1f2lTSwv XjZHGsH2A79In7X8qqL1csLigCTBzqv3inA NMtg91TiUb0KPO XYD6OUM2qI
Figur: Stempelbevægelse

Mens der i tilfælde af en fast grænse ikke er noget arbejde tilladt, da de holder volumen konstant, mens massen får lov til at strømme frit ind og ud i systemet. Det kan også kaldes en kontrolvolumenproces. Eksempel: gas strømmer ud af en husstandscylinder, der er forbundet med en komfur, mens volumen er fast.

 Hvad er lighederne og ulighederne mellem varme og arbejde inden for termodynamik?

ligheder:

  • ● Begge disse energier betragtes som stifunktioner eller procesmængder.
  • ● De er også unøjagtige forskelle.
  • ● Begge energiformer lagres ikke og kan overføres ind og ud af systemet efter det forbigående fænomen.

Forskelle:

  • ● Varmestrøm i et system er altid forbundet med entropifunktionen, mens der ikke overføres entropi sammen med arbejdssystemet.
  • ● Varme kan ikke konverteres hundrede procent til arbejde, mens arbejde kan konverteres til varme 100%.
  • ● Varme betragtes som en lavkvalitetsenergibetydning, det er let at omdanne varme til andre former, mens arbejde er højkvalitetsenergi.

Efterlad en kommentar