Цей термін застосовується для охоплення серії досліджень та експериментів, що проводяться за законами фізики, де детально аналізується баланс земних елементів, а також те, як тепло і енергія впливають на життя на планеті та матеріали, що його складають. З цього часу вдалося створити різні машини, які допомагають у промислових процесах. Слово походить від грецьких слів θερμο та δύναμις, що означають «термо» та «тепло».
Що таке термодинаміка
Зміст
Визначення термодинаміки вказує на те, що саме наука займається конкретно законами, що регулюють перетворення теплової енергії в механічну та навпаки. Він базується на трьох фундаментальних принципах і має очевидні філософські наслідки, а також дозволяє формулювати поняття, які є одними з найбільш далекосяжних у фізиці.
У рамках цього використовуються різні методи дослідження та оцінки необхідних об'єктів, такі як великі та необширні величини. Великий вивчає внутрішню енергію, молярний склад або об'єм, а другий, зі свого боку, вивчає тиск, температура та хімічний потенціал; незважаючи на це, для точного аналізу використовуються інші величини.
Що вивчає термодинаміка
Термодинаміка вивчає обмін тепловою енергією між системами та механічні та хімічні явища, які такі обміни мають на увазі. Особливо він відповідає за вивчення явищ, при яких відбувається перетворення механічної енергії в теплову енергію, або навпаки, явищ, які називаються термодинамічними перетвореннями.
Вважається феноменологічною наукою, оскільки вона зосереджена на макроскопічних дослідженнях предметів та інших. Подібним чином він використовує інші науки, щоб мати можливість пояснити явища, які він прагне виявити в своїх об'єктах аналізу, таких як статистична механіка. Термодинамічні системи використовують деякі рівняння, які допомагають змішувати їх властивості.
Серед його основних принципів можна знайти енергію, яка може передаватися від одного тіла до іншого за допомогою тепла. Він застосовується до багатьох областей дослідження, таких як інженерія, а також співпрацює з розробкою двигунів, вивчає фазові зміни, хімічні реакції та чорні діри.
Що таке термодинамічна система
Тіло, або сукупність тіл, над якими відбувається термодинамічне перетворення, називається термодинамічною системою. Вивчення системи проводиться, виходячи зі стану, тобто з її фізичних умов у певний момент. На мікроскопічному рівні зазначений стан можна описати за допомогою координат або температурних змінних, таких як маса, тиск, температура тощо, які є цілком вимірними, але на мікроскопічному рівні фракції (молекули, атоми), що складають систему і визначити набір положень і швидкостей цих частинок, від яких в кінцевому рахунку залежать мікроскопічні властивості.
Крім того, термодинамічна система - це область простору, яка підлягає дослідженню, що проводиться, і яка обмежена поверхнею, яка може бути реальною або уявною. Регіон поза системою, що взаємодіє з нею, називається системним середовищем. Термодинамічна система взаємодіє з навколишнім середовищем шляхом обміну речовиною та енергією.
Поверхня, що відокремлює систему від решти її контексту, називається стіною, і за її характеристиками вони класифікуються на три типи, які:
Відкрита термодинамічна система
Це обмін між енергією та речовиною.
Закрита термодинамічна система
Це не обмінюється речовиною, але обмінюється енергією.
Ізольована термодинамічна система
Він не обмінюється речовиною чи енергією.
Принципи термодинаміки
Термодинаміка має певні основи, що визначають основні фізичні величини, що представляють термодинамічні системи. Ці принципи пояснюють, якою є їх поведінка за певних умов, і запобігають появі певних явищ.
Кажуть, що тіло знаходиться в тепловій рівновазі, коли тепло, яке воно сприймає і виділяє, рівне. У цьому випадку температура всіх його точок є і залишається постійною. Парадоксальним випадком теплової рівноваги є залізо, що знаходиться на сонці.
Після досягнення рівноваги температура цього тіла залишається вищою, ніж температура навколишнього середовища, оскільки постійний внесок сонячної енергії компенсується тією, яку тіло випромінює, і втрачає її завдяки своїй провідності та конвекції.
Принцип термодинаміки нульовий або нульовий закон термодинаміки присутній, коли два тіла в контакті знаходяться на одній і тій же температурі, після досягнення теплової рівноваги. Легко зрозуміти, що найхолодніше тіло нагрівається, а тепліше охолоджується, і, таким чином, чистий тепловий потік між ними зменшується із зменшенням різниці температур.
"> Завантаження…Перший закон термодинаміки
Першим принципом термодинаміки є принцип збереження енергії (належним чином і відповідно до теорії відносності речовина-енергія), згідно з яким вона ні створюється, ні руйнується, хоча може бути певним чином перетворена до іншого.
Узагальнення енергетичного принципу дозволяє нам стверджувати, що зміна внутрішньої сили системи є сумою проведеної та переданої роботи, логічним твердженням, оскільки було встановлено, що робота і тепло - це способи передачі енергії, і що це не є створити або знищити.
Внутрішня енергія системи розуміється як сума різних енергій і всіх частинок, що її складають, таких як: кінетична енергія перекладу, обертання та вібрації, енергія зв'язування, когезія тощо.
Іноді перший принцип заявляли як неможливість існування вічного мобільного пристрою першого роду, тобто можливості виробляти роботу без споживання енергії будь-яким із способів, якими він проявляється.
Другий принцип термодинаміки
Цей другий принцип стосується незворотності фізичних подій, особливо під час теплообміну.
Велика кількість експериментальних фактів демонструє, що трансформації, що відбуваються природним чином, мають певний сенс, ніколи не спостерігаючись, що вони спонтанно здійснюються в протилежному напрямку.
Другим принципом термодинаміки є узагальнення того, що досвід вчить про сенс, в якому відбуваються спонтанні перетворення. Він підтримує різні формулювання, які насправді еквівалентні. Лорд Кельвін, британський фізик і математик, заявив про це в 1851 р. "Неможливо здійснити перетворення, єдиним результатом якого є перетворення в роботу тепла, витягнутого з одного джерела рівномірної температури"
Це один з найважливіших законів термодинаміки у фізиці; Незважаючи на те, що їх можна сформулювати різними способами, всі вони ведуть до пояснення поняття незворотності та поняття ентропії. Німецький фізик і математик Рудольф Клаузіус встановив нерівність, яка пов'язана між температурами довільної кількості теплових джерел та поглиненою кількістю теплоти, що надходить ними, коли речовина проходить через будь-який циклічний процес, оборотний або незворотний, обмінюючись теплом джерел.
На ГЕС електрична енергія виробляється з потенційної енергії запрудженої води. Ця потужність перетворюється на кінетичну енергію, коли вода опускається по трубах, а невелика частина цієї кінетичної енергії перетворюється на кінетичну силу обертання турбіни, вісь якої цілісна з віссю індуктора генератора змінного струму, що генерує силу електричні.
Перший принцип термодинаміки дозволяє нам переконатися, що при переході від однієї форми енергії до іншої не відбулося ні збільшення, ні зменшення початкової потужності, другий принцип говорить нам, що частина цієї енергії буде випущена у вигляді тепла.
Третій принцип термодинаміки
Третій закон був розроблений хіміком Вальтером Нернстом протягом 1906-1912 років, тому його часто називають теоремою Нернста або постулатом Нернста. Цей третій принцип термодинаміки говорить, що ентропія абсолютної нульової системи є певною константою. Це пов’язано з тим, що в основному стані існує система нульової температури, тому її ентропія визначається виродженням основного стану. У 1912 році Нернст встановив закон таким чином: "Неможливо за допомогою будь-якої процедури досягти ізотерми T = 0 за кінцеву кількість кроків"
Термодинамічні процеси
У концепції термодинаміки процеси - це зміни, що відбуваються в системі і переводять її зі стану початкової рівноваги в стан кінцевої рівноваги. Вони класифікуються відповідно до змінної, яка підтримувалась постійною протягом усього процесу.
Процес може відбуватися від танення льоду до займання повітряно-паливної суміші для здійснення руху поршнів у двигуні внутрішнього згоряння.
Є три умови, які можуть змінюватися в термодинамічній системі: температура, об’єм і тиск. Термодинамічні процеси вивчаються в газах, оскільки рідини нестисливі і зміни обсягу не відбуваються. Також через високі температури рідини перетворюються на гази. У твердих тілах термодинамічні дослідження не проводяться, оскільки вони нестисливі і на них немає механічної роботи.
Види термодинамічних процесів
Ці процеси класифікуються відповідно до їх підходу, щоб підтримувати постійною одну зі змінних - температуру, тиск або об’єм. Крім того, застосовуються інші критерії, такі як обмін енергією та модифікація всіх її змінних.
Ізотермічний процес
Ізотермічні процеси - це всі процеси, при яких температура системи залишається постійною. Це робиться роботою, так що інші змінні (P і V) змінюються з часом.
Ізобарний процес
Ізобарний процес - це процес, при якому тиск залишається постійним. Коливання температури та обсягу визначатиме його розвиток. Гучність може вільно змінюватися при зміні температури.
Ізохорні процеси
В ізохоричних процесах обсяг залишається постійним. Його також можна розглядати як такі, в яких система не генерує жодної роботи (W = 0).
В основному, це фізичні або хімічні явища, які вивчаються всередині будь-якої ємності, при перемішуванні чи ні.
Адіабатичний процес
Адіабатичний процес - це той термодинамічний процес, при якому не відбувається теплообміну від системи назовні або в протилежному напрямку. Прикладами цього типу процесу є ті, які можна проводити в термосі для напоїв.
"> Завантаження…Приклади термодинамічних процесів
- Приклад ізохорного процесу: об’єм газу підтримується постійним. Коли відбувається будь-який тип зміни температури, це буде супроводжуватися зміною тиску. Як і у випадку з парою в скороварці, вона збільшує свій тиск у міру нагрівання.
- Як приклад ізотермічного процесу: Температура газу підтримується постійною. Зі збільшенням об’єму тиск зменшується. Наприклад, повітряна куля у вакуумній машині збільшує свій об’єм у міру створення вакууму.
- По відношенню до адіабатичного процесу: наприклад, стиснення поршня в насосі для накачування велосипедної шини або швидка декомпресія поршня шприца, попередньо стиснувши його із закладеним вихідним отвором.
