основи термодинаміки

Термодинаміка для чого?

У термодинаміки всього три основних закони, на яких будується дана наука. Термодинаміка це фундаментальний предмет, який вивчає процеси перетворення енергії. У законах термодинаміки немає винятків, як, наприклад, в хімії. Для того, що б працювати з термодинаміки, необхідно вивчити базові поняття, які використовуються для дослідження всього, що нас оточує. Термодинаміка використовується для вивчення деякого об'єкту, перше що необхідно зробити - це визначитися, що ми будемо вивчати.

Термодинамічна система що це?

Отже, перше поняття, термодинамічна система - це об'єкт вивчення, частина простору, обмежена фізично чи уявної кордоном. яка буде піддана вивченню. Якщо ми беремося вивчати обмін енергією в людині, то вся людина - це термодинамічна система. Якщо ми вивчаємо обмін теплом з сонцем, то сонце - це термодинамічна система. Якщо ми вивчаємо обмін тепла між піччю і будинком, то і грубка і будинок - це термодинамічна система.

Межі системи що це?

Важливо позначити, де закінчується система, межа термодинамічної системи - це фізичний або уявний об'єкт, наприклад, якщо ми вивчаємо кави в Термокружки як термодинамічну систему, то кава - це система, а внутрішні стінки кухля і нижня частина кришки - це кордону системи. Також ми можемо вивчати ділянку труби, по якій тече рідина: внутрішня поверхня труби і певні нами (уявні) межі ділянки будуть кордоном термодинамічної системи.

Довкілля

Все, що знаходиться за межами кордону системи - це навколишнє середовище. Мається на увазі, що навколишнє середовище не змінюється протягом часу, тобто всі її параметри постійні незалежно від того, що відбувається в системі (наприклад, система може віддавати або приймати тепло від навколишнього середовища, що ніяк не впливає на середу).

Типи термодинамічної системи які бувають?

відкрита система

Відкритої називається така система, яка обмінюється з навколишнім середовищем речовиною та енергією. Це може бути, наприклад, камера згоряння в двигуні або парова турбіна.

Закрита система

У закритій системі неможливо ні зміна маси речовини, ні обмін речовиною з навколишнім середовищем. Наприклад, вакуумна упаковка - поки упаковка ціла, маса продукту всередині постійна (якщо, звичайно, там не протікають складні хімічні процеси, які не мають інтерес в даній ситуації).

адіабатична система

Може бути відкритою або закритою, але в будь-якому випадку відсутній обмін енергією у вигляді тепла.

Властивості термодинамічної системи які вони?

Термодинамічна система описується набором величин, що не залежать від попередніх станів системи. Кожне стан може бути описано термодинамическими величинами. Будь-яка характеристика системи є інтенсивної або адитивної. Інтенсивна характеристика (з латинської intensive - належить об'єкту) не залежить від розміру системи, тобто її величина однакова для всієї системи (або частини системи) незалежно від розмірів, наприклад температура або концентрація. Аддитивна характеристика (з латинської - можливість приєднуватися) залежить від розміру вибраного об'єкту і для всієї системи буде сумою значень для всіх її елементів, наприклад, маса.

Питома обсяг і щільність ν, ρ

ν = V / m питомий об'єм
ρm = m / V щільність

тиск P

P = F / A нормаль сили на одиницю площі

Тиск розрізняють абсолютну і манометричний. Манометричний - це тиск надлишкове по відношенню до атмосферного (для вакууму манометричний тиск негативно). Абсолютний тиск - це тиск щодо повного вакууму.

Одиниці виміру тиску:
Паскаль (Па) = 1 Н / м 2
Бар (бар) = 10 5 Н / м 2 = 10 5 Па
Атмосфера (атм) = 1,013 бар = 760 мм ртутного стовпа
Фунт на квадратний дюйм - lbs або psi ≈ 6894,8 Па

Термодинамічний обмін яким він буває?

Термодинамічні системи обмінюються енергією змінюючи свої властивості. Розрізняють такі форми енергії: механічна, електрична, магнітна, термічна, хімічна і ядерна.

Обмін енергією відбувається двома способами: робота (макроскопічний обмін) і тепло (мікроскопічний обмін). За допомогою роботи змінюється адитивні параметри системи. За допомогою тепла змінюється внутрішня енергія системи.

термодинамічна рівновага

Ми говоримо, що система знаходиться в темродінаміческом рівновазі, коли результуюча взаємодії будь-якого виду енергії або речовини між системою і навколишнім середовищем дорівнює нулю.

Рівняння стану ідеального газу

Під ідеальним газом маються на увазі такі припущення: молекули представляються у вигляді точок, зіткнення між ними абсолютно пружні (тобто при зіткненні не виділяється тепло) і відсутня сили тяжіння і відштовхування між молекулами. Така модель придатна тільки для теоретичних розрахунків і для реального газу значно ускладнюється.

Рівняння стану ідеального газу
P V = N R T
де P - тиск [Па], V - об'єм газу [м 3], N - кількість молей газу, R - універсальна газова постійна (константа, рівна роботі розширення одного моля ідеального газу в изобарном процесі при збільшенні температури на 1 К), T - абсолютна температура [К]
Загальний вигляд рівняння стану:
P = P (T, ν)

Процеси в термодинаміки

Для спрощення розрахунків, в термодинаміці використовуються ідеалізовані системи і типи процесів.

квазістатичний процес

Такий процес, в якому кожне наступне стан системи є рівноважним, називається квазистатическим. Це означає, що всі зміни в системі відбуваються досить повільно для того, що б не виникало перехідних процесів. Уявіть, що Ви заварюєте кави у френч-пресі: якщо Ви будете натискати повільно на поршень, то кава осяде вниз, якщо Ви спробуєте різко з великою силою натиснути на поршень то, по-перше, сумарно Вам потрібно більше енергії, а по-друге , весь кави виллється, через різке підвищення тиску і несжимаемости рідини. Квазістатичний процес - це процес повільний, в якому всі частини системи знаходяться в однаковому стані.

Оборотний і необоротний процеси

Оборотним називається такий процес, який може відбуватися в напрямку зворотному нормальному розвитку, відновлюючи відбулися обміни енергією. Такий процес є квазистатическим і не може бути реальним. В оборотному процесі не існує нерівноважних сил між системою і навколишнім середовищем. Незворотним процесом - називається будь-який реальний процес.

політропний процес

Ще одна модель ідеальної системи, що відповідає рівнянню «Pv n = cte» (при n = cte). Використовується для таких систем, поведінка яких схоже на поведінку ідеального газу. Такий процес досить добре описує поведінку газу і результат близький до реальності.

Нерідко розглядаються окремі випадки політропної процесу: ізобарний (постійний тиск), ізотермічний (постійна температура), Адіабатний (відсутній теплообмін з навколишнім середовищем) і Ізохоричний (постійний обсяг).

Запропонуйте статтю своїм друзям:

Схожі статті