Termodynamické triedy a aplikácie

On Termodynamická rovnováha Z izolovaného systému je definovaný ako stav rovnováhy, v ktorom premenné, ktoré ho charakterizujú a ktoré sa dajú merať alebo vypočítať, nezažívajú zmeny, pretože kvôli ich stavu izolácie neexistujú žiadne vonkajšie sily, ktoré tento stav majú tendenciu upravovať tento stav.

Triedy systémov aj vyváženia, ktoré je potrebné zvážiť, sú veľmi rozmanité. Systém môže byť bunka, ľadový nápoj, lietadlo plné cestujúcich, osobu alebo strojové zariadenie, aby som spomenul iba niekoľko príkladov. Môžu byť tiež izolované, zatvorené alebo otvorené v závislosti od toho, či si môžu vymieňať energiu a záleží na svojom prostredí.

Koktailové komponenty sú v tepelnej rovnováhe. Zdroj: pexels.

A izolovaný systém Neinteraguje s prostredím, nič nevstúpi alebo ho nezanecháva. A zatvorený systém Môže si vymieňať energiu, ale nezáleží na okolitom prostredí. Nakoniec otvorený systém môže voľne vykonávať výmeny s prostredím.

Izolovaný systém, ktorý sa umožňuje vyvíjať dostatočný čas, má spontánne tendenciu k termodynamickej rovnováhe, v ktorej si jeho premenné neurčito zachovajú svoju hodnotu. A v prípade otvoreného systému musia byť jeho hodnoty rovnaké ako v prostredí.

To sa dosiahne vždy, keď sú splnené všetky rovnovážne podmienky uložené každým typom.

[TOC]

Vyvážené triedy

Tepelná rovnováha

Základnou triedou rovnováhy je tepelná rovnováha, ktorá je prítomná v mnohých každodenných situáciách, ako je napríklad šálka horúcej kávy a čajová lyžička, s ktorou sa cukor mieša.

Taký systém spontánne má tendenciu získavať rovnakú teplotu po určitom čase, po ktorom rovnováha prichádza, pretože všetky časti sú pri rovnakej teplote.

Aj keď sa to stane, existuje teplotný rozdiel, ktorý poháňa výmenu tepla v celom systéme. Každý systém má čas na dosiahnutie tepelnej rovnováhy a dosiahnutie rovnakej teploty vo všetkých bodoch, nazývaný oddychový čas.

Mechanická rovnováha

Ak je tlak vo všetkých bodoch systému konštantný, je v mechanickej rovnováhe.

Môže vám slúžiť: hustota

Chemická rovnováha

On chemická rovnováha, Niekedy sa tiež nazýva rovnováha, Dosahuje sa, keď chemické zloženie systému zostáva v priebehu času nezmeniteľné.

Všeobecne platí, že systém sa uvažuje v termodynamickej rovnováhe, keď je súčasne v tepelnej a mechanickej rovnováhe.

Termodynamické premenné a stavová rovnica

Premenné, ktoré sa študujú na analýzu termodynamickej rovnováhy systému, sú rôznorodé, najbežnejšie sa používajú tlak, objem, hmotnosť a teplota, ktorá sa najbežnejšie používa. Medzi ďalšie premenné patrí poloha, rýchlosť a ďalšie, ktorých výber závisí od študovaného systému.

To, ako uviesť súradnice bodu, to umožňuje. Akonáhle je systém v rovnováhe, tieto premenné spĺňajú vzťah, ktorý je známy ako Štátna rovnica.

Štátna rovnica je funkciou termodynamických premenných, ktorých forma všeobecne je:

f (p, v, t) = 0

Kde p je tlak, v je objem a T je teplota. Štátna rovnica by sa samozrejme mohla vyjadriť z hľadiska iných premenných, ale ako už bolo povedané, jedná sa o najpoužívanejšie premenné na charakterizáciu termodynamických systémov.

Jednou z najznámejších štátnych rovníc je ideálne plyny PV = NRT. Tu n Je to počet mólov, atómov alebo molekúl a R Je to Boltzmannova konštanta: 1.30 x 10^-23 J/k (joule/kelvin).

Termodynamická rovnováha a nulový zákon termodynamiky

Predpokladajme, že existujú dva termodynamické systémy A a B s teplomerom, ktoré zavoláme T, ktorý sa dá do kontaktu so systémom dostatočne na to, aby A a T mali rovnakú teplotu. V tomto prípade je možné zabezpečiť, že A a T sú v tepelnej rovnováhe.

Môže vám slúžiť: Aerostatický balón: História, vlastnosti, časti, ako to fungujeS pomocou teplomeru sa preukáže nulový zákon termodynamiky. Zdroj: pexels.

Rovnaký postup so systémom B a T sa opakuje nižšie. Ak sa ukáže teplota B rovnaká ako teplota A, potom sú A a B v tepelnej rovnováhe. Tento výsledok je známy ako nulový zákon alebo nulová zásada termodynamiky, ktorá je formálne uvádzaná:

Ak sú dva systémy A a B v tepelnej rovnováhe, každý nezávisle so systémom T, potom je možné potvrdiť, že A a B sú v tepelnej rovnováhe navzájom.

A z tohto princípu sa uzavrie toto:

Systém je v termodynamickej rovnováhe, keď sú všetky jeho časti pri rovnakej teplote.

Preto sa v termodynamickej rovnováhe nemožno brať do úvahy dve telá v tepelnom kontakte, ktoré nie sú pri rovnakej teplote.

Entropia a termodynamická rovnováha

Čo riadi systém na dosiahnutie tepelnej rovnováhy Entropia, Veľkosť, ktorá naznačuje, ako blízko je systém vyváženia, čo naznačuje jeho poruchu. Čím väčšia je porucha, existuje viac entropie, opak sa deje, ak je systém veľmi usporiadaný, v tomto prípade klesá entropia.

Stav tepelnej rovnováhy je presne stav maximálnej entropie, čo znamená, že akýkoľvek izolovaný systém je nasmerovaný na spontánne stav väčšej poruchy.

Teraz sa prenos tepelnej energie v systéme riadi zmenou jej entropie. Nechajte entropiu a označte grécke písmeno „Delta“ Zmena v ňom: ΔS. Zmena, ktorá vedie k systému z počiatočného stavu na iný koniec, je definovaná ako:

Kde Q je množstvo tepla (v jouloch) a T je teplota (v Kelvin), takže jednotky SI (medzinárodný systém) pre entropiu a zmenu entropie sú Joules/Kelvin (J/K).

Môže vám slúžiť: diskrétna premenná: Charakteristiky a príklady

Táto rovnica je platná iba pre reverzibilné procesy. Proces, v ktorom sa systém môže úplne vrátiť k svojim počiatočným podmienkam av každom bode na ceste je v termodynamickej rovnováhe.

Príklady systémov so zvyšujúcou sa entropiou

- Pri prenose tepla z horúcejšieho do chladnejšieho tela sa entropia zvyšuje, až kým nie je teplota rovnaká, po ktorej jej hodnota zostáva konštantná, ak je systém izolovaný.

- Ďalším príkladom zvyšujúcej sa entropie je roztok chloridu sodného vo vode, až kým nedosiahne rovnováhu, keď sa soľ úplne rozpustí.

- V pevnej látke, ktorá topí, sa zvyšuje aj entropia, pretože molekuly idú z usporiadanejšej situácie, ktorá je pevná, až po viac ako nekvapalinu.

- V niektorých typoch spontánneho rádioaktívneho rozkladu sa výsledný počet častíc zvyšuje as ním entropia systému. V iných poklesoch, v ktorých dochádza k zničeniu častíc, je hmotnostná transformácia na kinetickú energiu, ktorá nakoniec rozptyľuje teplo a tiež zvyšuje entropiu.

Takéto príklady ukazujú skutočnosť, že termodynamická rovnováha je relatívna: systém môže byť v termodynamickej rovnováhe lokálne, napríklad ak sa systém šálky kávy + čajová lyžička považuje za.

Kávový šálka + čajová lyžička + prostredie však nemohla byť v tepelnej rovnováhe, kým sa káva úplne ochladí.

Odkazy

1. Bauer, w. 2011. Fyzika pre inžinierstvo a vedy. Zväzok 1. MC Graw Hill. 650-672.
2. Cengel a. 2012. Termodynamika. 7^mamička Vydanie. McGraw Hill. 15-25 a 332-334.
3. Termodynamika. Získané z: ugr.je.
4. Národná univerzita v Rosario. Fyzikachémia i. Získané z: Rechip.r.Edu.ar
5. Watkins, T. Entropia a druhý zákon termodynamiky v partle a jadrových interakciách. Štátna univerzita v San Jose. Získané z: SJSU.Edu.
6. Wikipedia. Themodynamická rovnováha. Získané z: v.Wikipedia.orgán.