Termodynamické premenné, ktoré sú a vyriešené cvičenia

Ten Termodynamické premenné o State premenné sú tie makroskopické veľkosti, ktoré charakterizujú termodynamický systém, najznámejším tlakom, objemom, teplotou a hmotnosťou. Sú veľmi užitočné v popise systémov s viacerými vstupmi a výstupmi. Existuje veľa rovnako dôležitých štátnych premenných, okrem vyššie uvedených. Výber závisí od systému a jeho zložitosti.

Lietadlo plné cestujúcich alebo auto sa môže považovať za systémy a jeho premenné zahŕňajú okrem hmotnosti a teploty, množstvo paliva, geografickú polohu, rýchlosť, zrýchlenie a samozrejme mnoho ďalších.

postava 1. Lietadlo sa dá študovať ako termodynamický systém. Zdroj: Pixabay.

Ak je možné definovať toľko premenných, keď sa premenná považuje za stav? Sa považujú za také, v ktorom na procese, ktorým premenná získa svoju hodnotu, nezáleží.

Na druhej strane, keď povaha transformácie ovplyvňuje konečnú hodnotu premennej, už sa nepovažuje za stavovú premennú. Dôležitými príkladmi sú práca a teplo.

Znalosť štátnych premenných umožňuje fyzickú opísanie systému v danom čase_ani. Vďaka zážitku sa vytvárajú matematické modely, ktoré opisujú ich vývoj v priebehu času a predpovedajú stav v čase t> t_ani.

[TOC]

Intenzívne, rozsiahle a špecifické premenné

V prípade plynu, ktorý je systém často študovaný v termodynamike, masa Je to jedna z hlavných a základných štátnych premenných každého systému. Súvisí s množstvom hmoty, ktorú obsahuje. V medzinárodnom systéme sa meria v kg.

Hmotnosť je v systéme veľmi dôležitá a termodynamické vlastnosti sú klasifikované, pretože sú závislé alebo nie:

Môže vám slúžiť: Voltmeter: Charakteristiky, prevádzka, čo je pre, typy

-Intenzívne: sú nezávislé od hmotnosti a veľkosti, napríklad teplota, tlak, viskozita a všeobecne tie, ktoré odlišujú systém od iného.

-Rozsiahle: tie, ktoré sa líšia s veľkosťou systému a jeho hmotnosti, ako je hmotnosť, dĺžka a objem.

-Konkrétne: tie, ktoré sa získali vyjadrením rozsiahlych vlastností na jednotku hmotnosti. Medzi nimi patrí špecifická hmotnosť a špecifický objem.

Aby ste rozlíšili medzi typmi premenných, predstavte si, že systém rozdelí na dve rovnaké časti: ak veľkosť zostane rovnaká v každej z nich, je to intenzívna premenná. Ak nie, jeho hodnota klesá na polovicu.

-Tlak, objem a teplota

Zväzok

Je to priestor obsadený systémom. Objemová jednotka v medzinárodnom systéme je kubický meter: m³. Medzi ďalšie široko používané jednotky patria kubické palce, kubické nohy a liter.

Tlak

Je to skalárna veľkosť daná kvocientom medzi kolmou zložkou sily aplikovanej na telo a plochou tohto. Tlaková jednotka v medzinárodnom systéme je Newton /M² o Pascal (PA).

Okrem Pascalu má tlak aj množstvo jednotiek, ktoré sa používajú podľa rozsahu. Medzi nimi patrí PSI, atmosféra (ATM), bary a milimetre ortuti (MMHG).

Teplota

Vo svojej mikroskopickej interpretácii je teplota miera kinetickej energie molekúl, ktoré tvoria študovaný plyn. A na makroskopickej úrovni naznačuje smer toku tepla kontaktovaním dvoch systémov.

Teplotná jednotka v medzinárodnom systéme je Kelvin (K) a existujú aj stupnice Celzia (° C) a Fahrenheit (° F) (° F).

Môže vám slúžiť: Brayton cyklus: proces, efektívnosť, aplikácie, cvičenia

Vyriešené cvičenia

Táto časť použije rovnice na získanie hodnôt premenných, keď je systém v konkrétnej situácii. Je to o Štátne rovnice.

Štátna rovnica je matematický model, ktorý využíva stavové premenné a modelové správanie systému. Predmet štúdie sa navrhuje ako ideálny plyn, ktorý pozostáva zo súboru molekúl schopných voľne sa pohybovať, ale bez interakcie medzi nimi.

Navrhovaná stavová rovnica pre ideálne plyny je:

P.V = n.klimatizovať.Tón

Kde P Je to tlak, Vložka Je to objem, N Je to počet molekúl a klimatizovať Je to Boltzmannova konštanta.

-Cvičenie 1

Nafúkli ste pneumatiky svojho vozidla pri tlaku odporúčanom výrobcom 3.21 × 10⁵ PA, na mieste, kde bola teplota -5.00 ° C, ale teraz chce ísť na pláž, kde je 28 ° C. Pri zvýšení teploty sa objem pneumatiky zvýšil o 3%.

Obrázok 2. Zvýšením teploty z -5 ° C na 28 ° C sa vzduch rozširuje a ak nedochádza k stratám. Tlak sa zvyšuje. Zdroj: Pixabay.

Nájdite konečný tlak v pneumatike a uveďte, či prekročila toleranciu danú výrobcom, ktorá nemá prekročiť 10% odporúčaného tlaku.

Riešenie

K dispozícii je model ideálneho plynu, preto sa predpokladá, že vzduch pneumatík sleduje danú rovnicu. Bude to tiež znamenať, že v pneumatikách nie sú žiadne straty vzduchu, takže počet krtkov je konštantný:

Počiatočný počet molekúl (pri -5 ° C) = počet konečných molekúl (pri 28 ° C)

(P.V/ k .T) _{počiatočný} = (P.V/ k.T)_Konečný

Zahŕňa podmienku, že konečný objem sa zvýšil o 3%:

Môže vám slúžiť: paralelný obvod

(P.V/t) _{počiatočný}= 1.03V_{počiatočný} (P /t)_Konečný

Známe údaje sa nahradia a konečný tlak sa vyčistí. Dôležité: Teplota musí byť vyjadrená v Kelvin: Tón(K) = t (° C) + 273.pätnásť

(P/t) _Konečný = (P/t) _{počiatočný} /1.03 = (3.21 × 10⁵ PA / (-5 + 273.15 k)) /1.03 = 1.16 x 10³ Pa/k

P _Konečný = (28 + 273.15 k) _X1.16 _X 10³ Pa/k = 3.5 x 10⁵ Pav.

Výrobca naznačil, že tolerancia je 10 %, a preto maximálna hodnota tlaku je:

P _maximálny = 3.21 × 10⁵ PA + 0.1 x 3.21 × 10⁵ PA = 3.531 × 10⁵ Pav

Môžete ticho cestovať na pláž, aspoň pokiaľ ide o pneumatiky, pretože nepresiahla zavedený tlakový limit.

Cvičenie 2

Ideálny plyn má objem 30 litrov pri teplote 27 ° C a jeho tlak 2 atm. Udržiavanie tlaku konštantne, nájdite svoj objem, keď teplota prechádza -13 ° C.

Riešenie

Je to proces konštantného tlaku (izobarický proces). V tomto prípade je ideálna rovnica stavu plynu zjednodušená na:

P _{počiatočný} = P _Konečný

(N.klimatizovať.TV)_{počiatočný}= (N.klimatizovať.TV)_Konečný

(TV) _{počiatočný}= (T/v) _Konečný

Výsledok známy ako Charlesov zákon. Dostupné údaje sú:

Vložka _{počiatočný} = 30 l; Tón_{počiatočný} = 27 ° C = (27 + 273.15 k) = 300.15 k; Tón _Konečný = (-13+273.15 k) = 260.15 k

Vymazanie a výmena:

Vložka _Konečný = V _{počiatočný} . (T _Konečný /T _{počiatočný}) = 30 l . (260.15 k)/(300.15 k) = 26 l.

Odkazy

1. Borgnakke. 2009. Základy termodynamiky. 7^th Vydanie. Wiley a synovia. 13-47.
2. Cengel a. 2012. Termodynamika. 7^mamička Vydanie. McGraw Hill. 2-6.
3. Základné koncepty termodynamických systémov. Obnovené z: TextScientificas.com.
4. Engel, T. 2007. Úvod do fyzikálnej konže: Termodynamika. Pearson. 1-9.
5. Nag, p.Klimatizovať. 2002. Základná a aplikovaná termodynamika. Tata McGraw Hill. 1-4.
6. University of Navojoa. Základná fyzikálna pôsobnosť. Získané z: FQB-UNAV.Skomprávny.slepo