Jedná se o termín používaný k zahrnutí řady studií a experimentů prováděných podle fyzikálních zákonů, které podrobně analyzují rovnováhu pozemských prvků a také to, jak teplo a energie ovlivňují život na planetě a na Zemi materiály, které ji tvoří. Z toho bylo možné vytvořit různé stroje, které pomáhají v průmyslových procesech. Slovo pochází z řeckých slov θερμο a δύναμις, což znamená „termo“ a „teplo“.
Co je termodynamika
Obsah
Definice termodynamiky naznačuje, že je to věda, která se konkrétně zabývá zákony, které řídí transformaci tepelné energie na energii mechanickou a naopak. Je založen na třech základních principech a má zjevné filozofické důsledky a umožňuje také formulaci konceptů, které patří k nejrozsáhlejším ve fyzice.
V rámci toho se používají různé metody zkoumání a hodnocení požadovaných objektů, jako jsou rozsáhlé a nerozsáhlé veličiny. Rozsáhlá zkoumá vnitřní energii, molární složení nebo objem a druhá zkoumá tlak, teplota a chemický potenciál; i tak se pro přesnou analýzu používají jiné veličiny.
Co studuje termodynamika
Termodynamika studuje výměny tepelné energie mezi systémy a mechanické a chemické jevy, které takové výměny znamenají. Zejména má na starosti studium jevů, ve kterých dochází k transformaci mechanické energie na tepelnou energii nebo naopak, jevů, které se nazývají termodynamické transformace.
Je považována za fenomenologickou vědu, protože se zaměřuje na makroskopické studie objektů a dalších. Podobně využívá jiných věd, aby bylo možné vysvětlit jevy, které se snaží identifikovat ve svých objektech analýzy, jako je statistická mechanika. Termodynamické systémy používají některé rovnice, které pomáhají míchat jejich vlastnosti.
Mezi jeho základní principy patří energie, která se může přenášet z jednoho těla do druhého prostřednictvím tepla. Aplikuje se na mnoho oblastí studia, jako je strojírenství, a také na spolupráci s vývojem motorů, studiem fázových změn, chemických reakcí a černých děr.
Co je to termodynamický systém
Tělo nebo soubor těles, nad nimiž probíhá termodynamická transformace, se nazývá termodynamický systém. Studium systému probíhá od stavu, tj. Od jeho fyzických podmínek v daném okamžiku. Na mikroskopické úrovni lze uvedený stav popsat pomocí souřadnic nebo tepelných proměnných, jako jsou hmotnost, tlak, teplota atd., Které jsou dokonale měřitelné, ale na mikroskopické úrovni jsou frakce (molekuly, atomy), které tvoří systému a identifikovat soubor pozic a rychlostí těchto částic, na kterých nakonec závisí mikroskopické vlastnosti.
Kromě toho je termodynamický systém oblastí vesmíru, která je předmětem studie, která se provádí, a která je omezena povrchem, který může být skutečný nebo imaginární. Region mimo systém, který s ním interaguje, se nazývá systémové prostředí. Termodynamický systém interaguje se svým prostředím prostřednictvím výměny hmoty a energie.
Povrch, který odděluje systém od zbytku jeho kontextu, se nazývá zeď a podle jeho charakteristik se dělí na tři typy, které jsou:
Otevřený termodynamický systém
Je to výměna mezi energií a hmotou.
Uzavřený termodynamický systém
Nemění hmotu, ale vyměňuje energii.
Izolovaný termodynamický systém
Nemění hmotu ani energii.
Principy termodynamiky
Termodynamika má určité základy, které určují základní fyzikální veličiny, které představují termodynamické systémy. Tyto principy vysvětlují, jaké je jejich chování za určitých podmínek, a zabraňují vzniku určitých jevů.
O těle se říká, že je v tepelné rovnováze, když je stejné teplo, které vnímá a vydává. V tomto případě je teplota všech jejích bodů konstantní. Paradoxním případem tepelné rovnováhy je železo vystavené slunci.
Teplota tohoto tělesa, jakmile je dosaženo rovnováhy, zůstává vyšší než teplota prostředí, protože nepřetržitý příspěvek sluneční energie je kompenzován tím, co tělo vyzařuje a ztrácí ho vedením a konvekcí.
Nula princip termodynamiky nebo nula termodynamický zákon je přítomen, když dvě tělesa jsou ve styku se při stejné teplotě po dosažení tepelné rovnováhy. Je snadno pochopitelné, že nejchladnější tělo se zahřívá a teplejší ochlazuje, a tím se snižuje čistý tok tepla mezi nimi, jak se zmenšuje jejich teplotní rozdíl.
"> Načítání…První zákon termodynamiky
Prvním principem termodynamiky je princip zachování energie (správně a v souladu s teorií relativity hmoty-energie), podle kterého není ani vytvořena, ani zničena, i když ji lze určitým způsobem transformovat jinému.
Zevšeobecnění energetického principu nám umožňuje potvrdit, že variace vnitřní síly systému je součtem provedené a přenesené práce, což je logické tvrzení, protože bylo prokázáno, že práce a teplo jsou způsoby přenosu energie a že vytvořit nebo zničit.
Vnitřní energií systému se rozumí součet různých energií a všech částic, které jej tvoří, například: kinetická energie translace, rotace a vibrace, energie vazby, soudržnosti atd.
První princip byl někdy označován jako nemožnost existence věčného mobilu prvního druhu, tj. Možnost produkovat práci bez spotřeby energie jakýmkoli způsobem, kterým se projevuje.
Druhý princip termodynamiky
Tento druhý princip se zabývá nevratností fyzikálních dějů, zejména v době přenosu tepla.
Velké množství experimentálních faktů ukazuje, že transformace, které se přirozeně vyskytují, mají určitý význam, aniž by byly pozorovány, že jsou spontánně prováděny v opačném směru.
Druhým principem termodynamiky je zobecnění toho, co zkušenost učí o smyslu, ve kterém dochází k spontánním transformacím. Podporuje různé formulace, které jsou ve skutečnosti ekvivalentní. Lord Kelvin, britský fyzik a matematik, to v těchto termínech uvedl v roce 1851 „Je nemožné provést transformaci, jejímž jediným výsledkem je přeměna tepla získaného z jediného zdroje jednotné teploty na práci“
Toto je jeden z nejdůležitějších zákonů termodynamiky ve fyzice; I když je lze formulovat mnoha způsoby, všechny vedou k vysvětlení pojmu nevratnost a pojmu entropie. Německý fyzik a matematik Rudolf Clausius stanovil nerovnost, která souvisí mezi teplotami libovolného počtu tepelných zdrojů a množstvím absorbovaného tepla, které dodávají, když látka prochází jakýmkoli cyklickým procesem, reverzibilním nebo nevratným, výměnou tepla s zdroje.
Ve vodní elektrárně se elektrická energie vyrábí z potenciální energie přehradní vody. Tato síla se transformuje na kinetickou energii, když voda sestupuje trubkami a malá část této kinetické energie se přemění na rotační kinetickou sílu turbíny, jejíž osa je integrální s osou induktoru alternátoru, který generuje sílu elektrický.
První princip termodynamiky nám umožňuje zajistit, aby při změnách z jedné formy energie na druhou nedošlo ani ke zvýšení, ani ke snížení počátečního výkonu, druhý princip nám říká, že část této energie bude vypálena ve formě tepla.
Třetí princip termodynamiky
Třetí zákon vyvinul chemik Walther Nernst v letech 1906-1912, a proto se často označuje jako Nernstova věta nebo Nernstův postulát. Tento třetí princip termodynamiky říká, že entropie systému absolutní nuly je určitá konstanta. To je způsobeno skutečností, že v základním stavu je systém s nulovou teplotou, takže jeho entropie je určena degenerací základního stavu. V roce 1912 Nernst ustanovil zákon takto: „Je nemožné dosáhnout žádného postupu izotermy T = 0 v konečném počtu kroků“
Termodynamické procesy
V pojetí termodynamiky jsou procesy změny, ke kterým dochází v systému a které jej převádějí ze stavu počáteční rovnováhy do stavu konečné rovnováhy. Ty jsou klasifikovány podle proměnné, která byla během procesu udržována konstantní.
Může dojít k procesu od tajícího ledu až do zapálení směsi vzduchu a paliva za účelem provedení pohybu pístů v motoru s vnitřním spalováním.
V termodynamickém systému se mohou lišit tři podmínky: teplota, objem a tlak. Termodynamické procesy jsou studovány v plynech, protože kapaliny jsou nestlačitelné a nedochází k objemovým změnám. Také kvůli vysokým teplotám se kapaliny mění na plyny. V pevných látkách se termodynamické studie neprovádějí, protože jsou nestlačitelné a není na nich žádná mechanická práce.
Druhy termodynamických procesů
Tyto procesy jsou klasifikovány podle jejich přístupu, aby jedna z proměnných byla konstantní, ať už teplota, tlak nebo objem. Kromě toho se uplatňují další kritéria, jako je výměna energie a úprava všech jejích proměnných.
Izotermický proces
Izotermické procesy jsou všechny procesy, při nichž teplota systému zůstává konstantní. To se provádí tak, že se ostatní proměnné (P a V) v průběhu času mění.
Izobarický proces
Isobarický proces je proces, při kterém tlak zůstává konstantní. Jeho vývoj bude záviset na změnách teploty a objemu. Při změně teploty se hlasitost může volně měnit.
Izochorické procesy
V izochorických procesech zůstává objem konstantní. Lze jej také považovat za ty, u nichž systém negeneruje žádnou práci (W = 0).
V zásadě se jedná o fyzikální nebo chemické jevy, které jsou studovány uvnitř jakéhokoli kontejneru, ať už s mícháním nebo ne.
Adiabatický proces
Adiabatický proces je ten termodynamický proces, při kterém nedochází k výměně tepla ze systému ven nebo opačným směrem. Příklady tohoto typu procesu jsou ty, které lze provádět v termosce na nápoje.
"> Načítání…Příklady termodynamických procesů
- Příklad izochorického procesu: Objem plynu je udržován konstantní. Když dojde k jakémukoli typu změny teploty, bude to doprovázeno změnou tlaku. Stejně jako u páry v tlakovém hrnci zvyšuje jeho tlak při zahřívání.
- Jako příklad izotermického procesu: Teplota plynu je udržována konstantní. Jak se objem zvyšuje, tlak klesá. Například balón ve vakuovém výrobním stroji zvětšuje svůj objem při vytváření vakua.
- Ve vztahu k adiabatickému procesu: například stlačení pístu v nafukovacím čerpadle pneumatiky pro jízdní kolo nebo rychlá dekomprese pístu injekční stříkačky, která jej předtím stlačila s ucpaným výstupním otvorem.
