Этот термин используется для обозначения серии исследований и экспериментов, которые проводятся в соответствии с законами физики, в которых подробно анализируется баланс земных элементов, а также то, как тепло и энергия влияют на жизнь на планете и материалы, из которых он состоит. Благодаря этому стало возможным создавать различные машины, которые помогают в производственных процессах. Слово происходит от греческих слов θερμο и δύναμις, которые означают «термо» и «тепло».
Что такое термодинамика
Содержание
Определение термодинамики указывает на то, что это наука, которая конкретно занимается законами, которые регулируют преобразование тепловой энергии в механическую и наоборот. Он основан на трех фундаментальных принципах и имеет очевидное философское значение, а также позволяет формулировать концепции, которые являются одними из самых далеко идущих в физике.
При этом используются различные методы исследования и оценки требуемых объектов, такие как экстенсивные и неэкстенсивные величины: экстенсивный изучает внутреннюю энергию, молярный состав или объем, а второй, со своей стороны, изучает давление., температура и химический потенциал; даже в этом случае для точного анализа используются другие величины.
Что изучает термодинамика
Термодинамика изучает обмен тепловой энергией между системами, а также механические и химические явления, которые подразумевают такие обмены. В частности, он отвечает за изучение явлений, в которых происходит преобразование механической энергии в тепловую или наоборот, явлений, которые называются термодинамическими преобразованиями.
Это считается феноменологической наукой, так как она фокусируется на макроскопических исследованиях объектов и др. Точно так же он использует другие науки для объяснения явлений, которые он пытается идентифицировать в своих объектах анализа, таких как статистическая механика. Термодинамические системы используют некоторые уравнения, которые помогают смешивать их свойства.
Среди его основных принципов можно найти принцип энергии, которая может передаваться от одного тела к другому посредством тепла. Он применяется во многих областях исследований, таких как инженерия, а также в сотрудничестве с разработкой двигателей, изучении фазовых превращений, химических реакций и черных дыр.
Что такое термодинамическая система
Тело или совокупность тел, над которыми происходит термодинамическое преобразование, называется термодинамической системой. Изучение системы осуществляется исходя из состояния, то есть ее физического состояния в данный момент. На микроскопическом уровне указанное состояние можно описать с помощью координат или тепловых переменных, таких как масса, давление, температура и т. Д., Которые идеально поддаются измерению, но на микроскопическом уровне фракции (молекулы, атомы), составляющие систему и определить набор положений и скоростей этих частиц, от которых в конечном итоге зависят микроскопические свойства.
Кроме того, термодинамическая система - это область пространства, которая является предметом проводимого исследования и ограничена поверхностью, которая может быть реальной или воображаемой. Область вне системы, которая взаимодействует с ней, называется системной средой. Термодинамическая система взаимодействует с окружающей средой посредством обмена веществом и энергией.
Поверхность, которая отделяет систему от остального ее контекста, называется стеной, и в соответствии с ее характеристиками они подразделяются на три типа:
Открытая термодинамическая система
Это обмен между энергией и материей.
Закрытая термодинамическая система
Он не обменивается веществом, но обменивается энергией.
Изолированная термодинамическая система
Он не обменивается веществом или энергией.
Принципы термодинамики
Термодинамика имеет определенные основы, которые определяют основные физические величины, которые представляют термодинамические системы. Эти принципы объясняют их поведение в определенных условиях и предотвращают возникновение определенных явлений.
Говорят, что тело находится в тепловом равновесии, когда тепло, которое оно воспринимает и излучает, одинаково. В этом случае температура всех его точек остается и остается постоянной. Парадоксальный случай теплового равновесия - это железо, подвергающееся воздействию солнца.
После достижения равновесия температура этого тела остается выше, чем температура окружающей среды, потому что непрерывное поступление солнечной энергии компенсируется тем, что тело излучает, и теряет ее за счет проводимости и конвекции.
Принцип термодинамики нулевой или нулевой закон термодинамики присутствует, когда два тела в контакте находятся на одной и той же температуре, после достижения теплового равновесия. Легко понять, что самое холодное тело нагревается, а более теплое остывает, и, таким образом, чистый поток тепла между ними уменьшается по мере уменьшения их разницы температур.
"> Загрузка…Первый закон термодинамики
Первый принцип термодинамики - это принцип сохранения энергии (собственно и в соответствии с теорией относительности материи-энергии), согласно которому она не создается и не уничтожается, хотя может быть определенным образом преобразована. к другому.
Обобщение принципа энергии позволяет нам утверждать, что изменение внутренней силы системы является суммой выполненной и переданной работы, при этом логическое утверждение устанавливает, что работа и тепло являются способами передачи энергии, а не создавать или разрушать.
Внутренняя энергия системы понимается как сумма различных энергий и всех составляющих ее частиц, таких как: кинетическая энергия поступательного движения, вращения и вибрации, энергия связи, сцепления и т. Д.
Первый принцип иногда утверждается как невозможность существования вечного двигателя первого рода, то есть возможность производить работу без потребления энергии каким-либо из способов ее проявления.
Второй принцип термодинамики
Этот второй принцип касается необратимости физических событий, особенно во время передачи тепла.
Большое количество экспериментальных фактов демонстрирует, что превращения, которые происходят естественно, имеют определенный смысл, никогда не наблюдаемые, что они спонтанно осуществляются в обратном направлении.
Второй принцип термодинамики - это обобщение того, что опыт учит о смысле, в котором происходят спонтанные преобразования. Он поддерживает различные фактически эквивалентные формулировки. Лорд Кельвин, британский физик и математик, заявил об этом в 1851 году: «Невозможно осуществить преобразование, единственным результатом которого является преобразование в работу тепла, извлеченного из единственного источника однородной температуры».
Это один из важнейших законов термодинамики в физике; Несмотря на то, что их можно сформулировать по-разному, все они приводят к объяснению концепции необратимости и концепции энтропии. Немецкий физик и математик Рудольф Клаузиус установил неравенство, которое связано между температурами произвольного количества источников тепла и поглощенным количеством тепла, доставляемым ими, когда вещество проходит через любой циклический процесс, обратимый или необратимый, обмениваясь теплом с источники.
На гидроэлектростанции электрическая энергия вырабатывается из потенциальной энергии плотины. Эта мощность преобразуется в кинетическую энергию, когда вода спускается по трубам, и небольшая часть этой кинетической энергии преобразуется во вращательную кинетическую силу турбины, ось которой составляет одно целое с осью индуктора генератора переменного тока, который генерирует силу электрические.
Первый принцип термодинамики позволяет нам гарантировать, что при переходе от одной формы энергии к другой не было ни увеличения, ни уменьшения начальной мощности, второй принцип говорит нам, что часть этой энергии будет сожжена в виде тепла.
Третий принцип термодинамики
Третий закон был разработан химиком Вальтером Нернстом в 1906-1912 годах, поэтому его часто называют теоремой Нернста или постулатом Нернста. Этот третий принцип термодинамики гласит, что энтропия системы с абсолютным нулем является определенной константой. Это связано с тем, что в основном состоянии существует система с нулевой температурой, поэтому ее энтропия определяется вырождением основного состояния. В 1912 году Нернст установил такой закон: «Невозможно никаким способом достичь изотермы T = 0 за конечное число шагов».
Термодинамические процессы
В концепции термодинамики процессы - это изменения, происходящие в системе и переводящие ее из состояния исходного равновесия в состояние окончательного равновесия. Они классифицируются в соответствии с переменной, которая поддерживается постоянной на протяжении всего процесса.
Процесс может происходить от таяния льда до воспламенения топливовоздушной смеси, совершающего движение поршней в двигателе внутреннего сгорания.
В термодинамической системе могут меняться три условия: температура, объем и давление. Термодинамические процессы изучаются в газах, поскольку жидкости несжимаемы и изменения объема не происходят. Также из-за высоких температур жидкости превращаются в газы. В твердых телах термодинамические исследования не проводятся, поскольку они несжимаемы и над ними не ведется механическая работа.
Типы термодинамических процессов
Эти процессы классифицируются в соответствии с их подходом, чтобы одна из переменных оставалась постоянной: температура, давление или объем. Кроме того, применяются другие критерии, такие как обмен энергией и изменение всех ее переменных.
Изотермический процесс
Изотермические процессы - это все те процессы, при которых температура системы остается постоянной. Это делается путем работы, так что другие переменные (P и V) меняются со временем.
Изобарический процесс
Изобарический процесс - это процесс, при котором давление остается постоянным. Его развитие будет определяться колебаниями температуры и объема. Объем может свободно меняться при изменении температуры.
Изохорические процессы
В изохорных процессах объем остается постоянным. Его также можно рассматривать как такие, в которых система не производит никакой работы (W = 0).
По сути, это физические или химические явления, которые изучаются внутри любого контейнера, независимо от того, перемешивается он или нет.
Адиабатический процесс
Адиабатический процесс - это термодинамический процесс, при котором отсутствует теплообмен от системы к внешней стороне или в обратном направлении. Примерами такого типа процесса являются те, которые можно проводить в термосе для напитков.
"> Загрузка…Примеры термодинамических процессов
- Пример изохорного процесса: объем газа поддерживается постоянным. Когда происходит какое-либо изменение температуры, оно сопровождается изменением давления. Как и в случае с паром в скороварке, он увеличивает свое давление по мере нагрева.
- В качестве примера изотермического процесса: температура газа поддерживается постоянной. По мере увеличения объема давление уменьшается. Например, воздушный шар в вакуумной машине увеличивает свой объем по мере создания вакуума.
- Что касается адиабатического процесса: например, сжатие поршня в насосе для накачивания шин велосипеда или быстрое разжимание поршня шприца, предварительно сжав его с закрытым выпускным отверстием.