Това е терминът, използван за обхващане на поредицата от изследвания и експерименти, които се извършват съгласно законите на физиката, които анализират подробно баланса на земните елементи, както и как топлината и енергията влияят на живота на планетата и материали, които го съставят. От това е възможно да се създадат различни машини, които помагат в индустриалните процеси. Думата идва от гръцките думи θερμο и δύναμις, които означават „термо” и „топлина”.
Какво е термодинамика
Съдържание
Дефиницията на термодинамиката показва, че науката се занимава конкретно със законите, които управляват трансформацията на топлинната енергия в механична енергия и обратно. Той се основава на три основни принципа и има очевидни философски последици, а също така позволява формулирането на концепции, които са сред най-широкообхватните във физиката.
В рамките на това се използват различни методи за изследване и оценка на необходимите обекти, като обширни и необширни величини. Обширният изследва вътрешната енергия, моларния състав или обема, а вторият от своя страна изследва налягането, температура и химичен потенциал; въпреки това за точен анализ се използват други величини.
Какво изучава термодинамиката
Термодинамиката изучава обмена на топлинна енергия между системите и механичните и химични явления, които такъв обмен предполага. По определен начин той отговаря за изучаването на явленията, при които има трансформация на механичната енергия в топлинна енергия или обратно, явления, които се наричат термодинамични трансформации.
Счита се за феноменологична наука, тъй като се фокусира върху макроскопичните изследвания на обекти и други. По същия начин той използва други науки, за да може да обясни явленията, които се опитва да идентифицира в своите обекти на анализ, като статистическата механика. Термодинамичните системи използват някои уравнения, които помагат да се смесят техните свойства.
Сред основните му принципи може да се намери този на енергията, която може да се прехвърля от едно тяло в друго, чрез топлина. Прилага се за много области на изследване като инженерство, както и за сътрудничество при разработването на двигатели, изучаване на фазови промени, химични реакции и черни дупки.
Какво е термодинамична система
Термодинамична система се нарича тяло или съвкупност от тела, над които се извършва термодинамична трансформация. Изследването на системата се извършва, като се започне от състоянието, т.е. от нейните физически условия в даден момент. На микроскопично ниво това състояние може да се опише с координати или термични променливи, като маса, налягане, температура и т.н., които са напълно измерими, но на микроскопично ниво фракциите (молекули, атоми), които съставляват системата и идентифицират набора от позиции и скорости на тези частици, от които в крайна сметка зависят микроскопичните свойства.
В допълнение, термодинамичната система е област от пространството, която е обект на изследването, което се извършва и която е ограничена от повърхност, която може да бъде реална или въображаема. Регионът извън системата, който взаимодейства с него, се нарича системна среда. Термодинамичната система взаимодейства с околната среда чрез обмен на материя и енергия.
Повърхността, която разделя системата от останалата част от нейния контекст, се нарича стена и според нейните характеристики те се класифицират в три типа, които са:
Отворена термодинамична система
Това е обменът между енергия и материя.
Затворена термодинамична система
Той не обменя материя, но обменя енергия.
Изолирана термодинамична система
Той не обменя материя или енергия.
Принципи на термодинамиката
Термодинамиката има определени основи, които определят основните физични величини, които представляват термодинамични системи. Тези принципи обясняват какво е поведението им при определени условия и предотвратяват появата на определени явления.
Казва се, че тялото е в топлинно равновесие, когато топлината, която възприема и излъчва, са равни. В този случай температурата на всички точки е и остава постоянна. Парадоксален случай на термично равновесие е желязото, изложено на слънце.
След достигане на равновесие температурата на това тяло остава по-висока от тази на околната среда, тъй като непрекъснатият принос на слънчевата енергия се компенсира от този, който тялото излъчва и го губи със своята проводимост и конвекция.
На нула принципа на термодинамиката или нула закон на термодинамиката е налице, когато две тела в контакт са при същата температура след достигане на термично равновесие. Лесно е да се разбере, че най-студеното тяло се затопля и по-топло се охлажда и по този начин нетният топлинен поток между тях намалява, тъй като разликата им в температурата намалява.
"> Зарежда се…Първи закон на термодинамиката
Първият принцип на термодинамиката е принципът на запазване на енергията (правилно и в съответствие с теорията на относителността материя-енергия), според който тя нито се създава, нито се унищожава, въпреки че може да се трансформира по определен начин на друг.
Обобщението на енергийния принцип ни позволява да потвърдим, че вариацията на вътрешната сила на системата е сумата от извършената и прехвърлената работа, логично твърдение, тъй като е установено, че работата и топлината са начините за пренос на енергия и че тя не е създайте или унищожете.
Вътрешната енергия на една система се разбира като сбор от различните енергии и на всички частици, които я съставят, като: кинетична енергия на транслация, въртене и вибрация, енергия на свързване, кохезия и др.
Първият принцип понякога е заявяван като невъзможност за съществуването на вечния мобилен апарат от първи вид, т.е. възможността за производство на работа, без да се консумира енергия по някой от начините, по които се проявява.
Втори принцип на термодинамиката
Този втори принцип се занимава с необратимостта на физическите събития, особено по време на пренос на топлина.
Голям брой експериментални факти показват, че трансформациите, които се случват естествено, имат определен смисъл, без никога да бъдат наблюдавани, че то се извършва спонтанно в обратната посока.
Вторият принцип на термодинамиката е обобщаване на това, което опитът преподава за смисъла, в който възникват спонтанни трансформации. Той поддържа различни формулировки, които всъщност са еквивалентни. Лорд Келвин, британски физик и математик, заяви това с тези думи през 1851 г. „Невъзможно е да се извърши трансформацията, чийто единствен резултат е превръщането в работа на топлината, извлечена от един източник на равномерна температура“
Това е един от най-важните закони на термодинамиката във физиката; Въпреки че могат да бъдат формулирани по много начини, всички те водят до обяснението на понятието необратимост и ентропия. Немският физик и математик Рудолф Клаузиус установява неравенство, което е свързано между температурите на произволен брой топлинни източници и абсорбираните количества топлина, доставяна от тях, когато веществото преминава през някакъв цикличен процес, обратим или необратим, обменяйки топлина с източниците.
Във ВЕЦ електрическата енергия се произвежда от потенциалната енергия на затворената вода. Тази мощност се трансформира в кинетична енергия, когато водата се спусне през тръбите и малка част от тази кинетична енергия се трансформира в ротационната кинетична сила на турбина, чиято ос е интегрална с оста на индуктора на алтернатор, който генерира силата електрически.
Първият принцип на термодинамиката ни позволява да гарантираме, че при промените от една форма на енергия към друга не е имало нито увеличаване, нито намаляване на първоначалната мощност, вторият принцип ни казва, че част от тази енергия ще бъде изстреляна под формата на топлина.
Трети принцип на термодинамиката
Третият закон е разработен от химика Валтер Нернст през годините 1906-1912, поради което често се нарича теорема на Нернст или постулат на Нернст. Този трети принцип на термодинамиката казва, че ентропията на абсолютна нулева система е определена константа. Това е така, защото в основно състояние има система с нулева температура, така че нейната ентропия се определя от дегенерацията на основното състояние. През 1912 г. Нернст установява закона по следния начин: "Невъзможно е по каквато и да е процедура да се достигне изотермата T = 0 за краен брой стъпки"
Термодинамични процеси
В концепцията за термодинамиката процесите са промените, които се случват в системата и които я отвеждат от първоначално състояние на равновесие до крайно състояние на равновесие. Те се класифицират според променливата, която се поддържа постоянна през целия процес.
Може да възникне процес от топене на лед до запалване на въздушно-горивна смес, за да се извърши движението на буталата в двигател с вътрешно горене.
Има три условия, които могат да варират в термодинамичната система: температура, обем и налягане. Термодинамичните процеси се изучават в газовете, тъй като течностите са несвиваеми и не настъпват промени в обема. Също така, поради високите температури, течностите се превръщат в газове. При твърди тела не се извършват термодинамични изследвания, тъй като те са несвиваеми и върху тях няма механична работа.
Видове термодинамични процеси
Тези процеси се класифицират според техния подход, за да се поддържа една от променливите постоянна, било то температура, налягане или обем. В допълнение се прилагат и други критерии като обмен на енергия и модификация на всички нейни променливи.
Изотермичен процес
Изотермичните процеси са всички тези, при които температурата на системата остава постоянна. Това се прави чрез работа, така че останалите променливи (P и V) да се променят с течение на времето.
Изобарен процес
Изобарният процес е този, при който налягането остава постоянно. Разликата в температурата и обема ще определи нейното развитие. Силата на звука може да се променя свободно, когато температурата се промени.
Изохорни процеси
При изохорни процеси обемът остава постоянен. Може да се счита и за тези, при които системата не генерира никаква работа (W = 0).
По същество те са физични или химични явления, които се изучават във всеки контейнер, независимо дали се разбъркват или не.
Адиабатен процес
Адиабатичният процес е онзи термодинамичен процес, при който няма топлообмен от системата навън или в обратна посока. Примери за този тип процеси са тези, които могат да се извършват в термос за напитки.
"> Зарежда се…Примери за термодинамични процеси
- Пример за изохорен процес: Обемът на газа се поддържа постоянен. Когато настъпи някакъв вид промяна на температурата, това ще бъде придружено от промяна на налягането. Както е случаят с парата в тенджера под налягане, тя увеличава налягането си, докато се загрява.
- Като пример за изотермичния процес: Температурата на газа остава постоянна. С увеличаване на обема налягането намалява. Например балон във вакуумна машина увеличава обема си при създаването на вакуума.
- Във връзка с адиабатния процес: например компресията на буталото в помпа за напомпване на велосипедна гума или бързото декомпресиране на буталото на спринцовка, предварително компресиране с запушен изходен отвор.
