Het is de term die wordt gebruikt om de reeks studies en experimenten te omvatten die worden uitgevoerd volgens de wetten van de fysica, die in detail de balans van de aardse elementen analyseren, evenals hoe warmte en energie het leven op de planeet en de aarde beïnvloeden. materialen waaruit het bestaat. Hieruit is het mogelijk geweest om verschillende machines te maken die helpen bij industriële processen. Het woord komt van de Griekse woorden θερμο en δύναμις, die "thermo" en "warmte" betekenen.
Wat is thermodynamica
Inhoudsopgave
De definitie van thermodynamica geeft aan dat het de wetenschap is die zich specifiek bezighoudt met de wetten die de omzetting van thermische energie in mechanische energie regelen en vice versa. Het is gebaseerd op drie fundamentele principes en heeft duidelijke filosofische implicaties en maakt het ook mogelijk om concepten te formuleren die tot de meest verreikende in de natuurkunde behoren.
Hierbinnen worden verschillende methoden voor onderzoek en waardering van de benodigde objecten gebruikt, zoals uitgebreide en niet-uitgebreide magnitudes. De uitgebreide bestudeert interne energie, molaire samenstelling of volume en de tweede bestudeert op zijn beurt druk, temperatuur en chemisch potentieel; toch worden andere grootheden gebruikt voor nauwkeurige analyse.
Wat bestudeert thermodynamica
Thermodynamica bestudeert de uitwisselingen van thermische energie tussen systemen en de mechanische en chemische verschijnselen die dergelijke uitwisselingen met zich meebrengen. Op een bepaalde manier is het verantwoordelijk voor het bestuderen van de verschijnselen waarbij mechanische energie wordt omgezet in thermische energie of vice versa, verschijnselen die thermodynamische transformaties worden genoemd.
Het wordt beschouwd als een fenomenologische wetenschap, omdat het zich richt op macroscopische studies van objecten en andere. Evenzo maakt het gebruik van andere wetenschappen om de verschijnselen te kunnen verklaren die het probeert te identificeren in zijn analyseobjecten, zoals statistische mechanica. Thermodynamische systemen gebruiken enkele vergelijkingen die helpen om hun eigenschappen te mengen.
Een van de basisprincipes is die van energie, die door warmte van het ene lichaam naar het andere kan worden overgedragen. Het wordt toegepast op veel studiegebieden, zoals engineering, maar ook in samenwerking met de ontwikkeling van motoren, het bestuderen van faseveranderingen, chemische reacties en zwarte gaten.
Wat is een thermodynamisch systeem
Het lichaam, of de reeks lichamen, waarover een thermodynamische transformatie plaatsvindt, wordt een thermodynamisch systeem genoemd. De studie van een systeem wordt gedaan vanuit de toestand, dat wil zeggen vanuit de fysieke toestand op een bepaald moment. Op microscopisch niveau kan deze toestand worden beschreven door coördinaten of thermische variabelen, zoals massa, druk, temperatuur enz., Die perfect meetbaar zijn, maar op microscopisch niveau kunnen de fracties (moleculen, atomen) die het systeem en identificeer de reeks posities en snelheden van deze deeltjes waarvan de microscopische eigenschappen uiteindelijk afhangen.
Bovendien is een thermodynamisch systeem een gebied in de ruimte dat onderhevig is aan de studie die wordt uitgevoerd en dat wordt beperkt door een oppervlak dat echt of denkbeeldig kan zijn. De regio buiten het systeem die ermee communiceert, wordt de systeemomgeving genoemd. Het thermodynamische systeem staat in wisselwerking met zijn omgeving door de uitwisseling van materie en energie.
Het oppervlak dat het systeem van de rest van zijn context scheidt, wordt een muur genoemd en volgens zijn kenmerken worden ze ingedeeld in drie typen:
Open thermodynamisch systeem
Het is de uitwisseling tussen energie en materie.
Gesloten thermodynamisch systeem
Het wisselt geen materie uit, maar wel energie.
Geïsoleerd thermodynamisch systeem
Het wisselt geen materie of energie uit.
Principes van thermodynamica
Thermodynamica heeft bepaalde grondbeginselen die de fysische basisgrootheden bepalen die thermodynamische systemen vertegenwoordigen. Deze principes verklaren hoe hun gedrag onder bepaalde omstandigheden is en voorkomen het ontstaan van bepaalde verschijnselen.
Er wordt gezegd dat een lichaam in thermisch evenwicht is wanneer de warmte die het waarneemt en afgeeft gelijk is. In dit geval is en blijft de temperatuur van al zijn punten constant. Een paradoxaal geval van thermisch evenwicht is een ijzer dat aan de zon wordt blootgesteld.
De temperatuur van dit lichaam blijft, als het evenwicht eenmaal is bereikt, hoger dan die van de omgeving omdat de continue toevoer van zonne-energie wordt gecompenseerd door wat het lichaam uitstraalt en verliest het door zijn geleiding en convectie.
Het nulprincipe van de thermodynamica of de nulwet van de thermodynamica is aanwezig wanneer twee lichamen in contact dezelfde temperatuur hebben na het bereiken van thermisch evenwicht. Het is gemakkelijk te begrijpen dat de koudste lichaam opwarmt en het warmere afkoelt en daardoor de netto stroom van warmte ertussen afneemt naarmate hun temperatuurverschil afneemt.
"> Laden…Eerste wet van thermodynamica
Het eerste principe van de thermodynamica is het principe van het behoud van energie (correct en in overeenstemming met de relativiteitstheorie van materie-energie) volgens welke het niet gecreëerd of vernietigd wordt, hoewel het op een bepaalde manier getransformeerd kan worden naar een ander.
De generalisatie van het energieprincipe stelt ons in staat om te bevestigen dat de variatie van de interne kracht van een systeem de som is van het uitgevoerde en overgedragen werk, een logische verklaring aangezien is vastgesteld dat werk en warmte de manieren zijn om energie over te dragen en dat dit niet het geval is. creëren of vernietigen.
Interne energie van een systeem wordt opgevat als de som van de verschillende energieën en van alle deeltjes waaruit het bestaat, zoals: kinetische energie van translatie, rotatie en vibratie, energie van binding, cohesie, enz.
Het eerste principe is soms gesteld als de onmogelijkheid van het bestaan van de eeuwigdurende mobiel van de eerste soort, dat wil zeggen de mogelijkheid om werk te produceren zonder energie te verbruiken op een van de manieren waarop het zich manifesteert.
Tweede principe van thermodynamica
Dit tweede principe behandelt de onomkeerbaarheid van fysieke gebeurtenissen, vooral op het moment van warmteoverdracht.
Een groot aantal experimentele feiten tonen aan dat de transformaties die plaatsvinden van nature een bepaalde betekenis hebben, zonder ooit te worden waargenomen, dat ze spontaan in de tegenovergestelde richting worden uitgevoerd.
Het tweede principe van de thermodynamica is een veralgemening van wat ervaring leert over de zin waarin spontane transformaties plaatsvinden. Het ondersteunt verschillende formuleringen die eigenlijk gelijkwaardig zijn. Lord Kelvin, de Britse fysicus en wiskundige, stelde het in 1851 in deze termen: "Het is onmogelijk om de transformatie uit te voeren waarvan het enige resultaat de omzetting in werk is van de warmte die wordt onttrokken aan een enkele bron van uniforme temperatuur"
Dit is een van de belangrijkste wetten van de thermodynamica in de natuurkunde; Hoewel ze op vele manieren kunnen worden geformuleerd, leiden ze allemaal tot de verklaring van het concept van onomkeerbaarheid en dat van entropie. De Duitse natuurkundige en wiskundige Rudolf Clausius stelde een ongelijkheid vast die verband houdt tussen de temperaturen van een willekeurig aantal thermische bronnen en de hoeveelheden warmte die door deze bronnen worden geabsorbeerd, wanneer een stof een cyclisch proces ondergaat, omkeerbaar of onomkeerbaar, waarbij warmte wordt uitgewisseld met de bronnen.
In een waterkrachtcentrale wordt elektrische energie geproduceerd uit de potentiële energie van het afgedamde water. Dit vermogen wordt omgezet in kinetische energie wanneer het water door de leidingen zakt en een klein deel van deze kinetische energie wordt omgezet in de kinetische rotatiekracht van een turbine, waarvan de as één geheel vormt met de as van de inductor van een dynamo die de kracht opwekt. elektrisch.
Het eerste principe van thermodynamica stelt ons in staat om ervoor te zorgen dat bij de veranderingen van de ene energievorm naar de andere er geen toename of afname van het aanvankelijke vermogen heeft plaatsgevonden, het tweede principe vertelt ons dat een deel van die energie zal zijn afgevuurd in de vorm van warmte.
Derde principe van thermodynamica
De derde wet werd ontwikkeld door chemicus Walther Nernst in de jaren 1906-1912, en daarom wordt er vaak naar verwezen als de stelling van Nernst of het postulaat van Nernst. Dit derde principe van thermodynamica zegt dat de entropie van een absoluut nulpuntsysteem een welomlijnde constante is. Dit komt omdat er een nul-temperatuursysteem is in de grondtoestand, dus de entropie wordt bepaald door de degeneratie van de grondtoestand. In 1912 stelde Nernst de wet als volgt vast: "Het is met geen enkele procedure mogelijk om de isotherm T = 0 te bereiken in een eindig aantal stappen"
Thermodynamische processen
In het concept van thermodynamica zijn processen de veranderingen die plaatsvinden in een systeem en die het van een begintoestand van evenwicht naar een toestand van definitief evenwicht brengen. Deze worden geclassificeerd volgens de variabele die gedurende het hele proces constant is gehouden.
Werkwijze optreden door smeltend ijs, totdat ontbranding lucht-brandstofmengsel de beweging van zuigers per uitvoeren motor verbrandingsmotoren.
Er zijn drie condities die kunnen variëren in een thermodynamisch systeem: temperatuur, volume en druk. Thermodynamische processen worden bestudeerd in gassen, aangezien vloeistoffen onsamendrukbaar zijn en volumeveranderingen niet optreden. Ook veranderen vloeistoffen door hoge temperaturen in gassen. In vaste stoffen worden geen thermodynamische studies uitgevoerd omdat ze onsamendrukbaar zijn en er geen mechanische werkzaamheden aan zijn.
Soorten thermodynamische processen
Deze processen worden geclassificeerd op basis van hun benadering, om een van de variabelen constant te houden: temperatuur, druk of volume. Daarnaast worden andere criteria gehanteerd zoals de uitwisseling van energie en de wijziging van al zijn variabelen.
Isotherm proces
Isotherme processen zijn alle processen waarbij de temperatuur van het systeem constant blijft. Dit gebeurt door te werken, zodat de andere variabelen (P en V) in de tijd veranderen.
Isobaar proces
Het isobare proces is er een waarbij de druk constant blijft. Variatie in temperatuur en volume bepalen de ontwikkeling ervan. Het volume kan vrij veranderen als de temperatuur verandert.
Isochore processen
Bij isochore processen blijft het volume constant. Het kan ook worden beschouwd als die waarin het systeem geen werk genereert (W = 0).
In wezen zijn het fysische of chemische verschijnselen die in elke container worden bestudeerd, al dan niet onder beweging.
Adiabatisch proces
Het adiabatische proces is dat thermodynamische proces waarbij er geen warmte-uitwisseling van het systeem naar buiten of in tegengestelde richting plaatsvindt. Voorbeelden van dit soort processen zijn die welke kunnen worden uitgevoerd in een thermoskan voor dranken.
"> Laden…Voorbeelden van thermodynamische processen
- Een voorbeeld van het isochore proces: het volume van het gas wordt constant gehouden. Wanneer een temperatuurverandering optreedt, gaat dit gepaard met een drukverandering. Net als bij stoom in een snelkookpan, verhoogt het de druk naarmate het opwarmt.
- Als voorbeeld van het isotherme proces: de gastemperatuur blijft constant. Naarmate het volume toeneemt, neemt de druk af. Een ballon in een vacuümmachine vergroot bijvoorbeeld zijn volume naarmate het vacuüm wordt gecreëerd.
- Met betrekking tot het adiabatische proces: bijvoorbeeld de compressie van de zuiger in een opblaaspomp voor fietsbanden, of de snelle decompressie van de zuiger van een injectiespuit, die eerder werd samengedrukt met het uitlaatgat dichtgedrukt.
