Este termenul folosit pentru a cuprinde seria de studii și experimente care sunt efectuate în conformitate cu legile fizicii, care analizează în detaliu echilibrul elementelor terestre, precum și modul în care căldura și energia afectează viața de pe planetă și materiale care îl alcătuiesc. Din aceasta, a fost posibil să se creeze diferite mașini care să ajute la procesele industriale. Cuvântul provine din cuvintele grecești θερμο și δύναμις, care înseamnă „termo” și „căldură”.
Ce este termodinamica
Cuprins
Definiția termodinamicii indică faptul că știința se ocupă în mod specific cu legile care guvernează transformarea energiei termice în energie mecanică și invers. Se bazează pe trei principii fundamentale și are implicații filosofice evidente și permite, de asemenea, formularea de concepte care sunt printre cele mai de anvergură în fizică.
În cadrul acestuia, sunt utilizate diferite metode de investigare și apreciere a obiectelor necesare, cum ar fi mărimile extinse și non-extinse. Una extinsă studiază energia internă, compoziția molară sau volumul, iar a doua, la rândul său, studiază presiunea, temperatura și potențialul chimic; chiar și așa, alte magnitudini sunt utilizate pentru analize precise.
Ce studiază termodinamica
Termodinamica studiază schimburile de energie termică între sisteme și fenomenele mecanice și chimice pe care le implică aceste schimburi. Într-un mod particular, este însărcinată cu studierea fenomenelor în care există transformarea energiei mecanice în energie termică sau invers, fenomene care se numesc transformări termodinamice.
Este considerată o știință fenomenologică, deoarece se concentrează pe studiile macroscopice ale obiectelor și ale altora. În mod similar, folosește alte științe pentru a putea explica fenomenele pe care încearcă să le identifice în obiectele sale de analiză, cum ar fi mecanica statistică. Sistemele termodinamice folosesc câteva ecuații care ajută la amestecarea proprietăților lor.
Printre principiile sale de bază se găsește cel al energiei, care poate fi transferată de la un corp la altul, prin căldură. Se aplică în multe domenii de studiu, cum ar fi ingineria, precum și colaborarea cu dezvoltarea motoarelor, studierea schimbărilor de fază, a reacțiilor chimice și a găurilor negre.
Ce este un sistem termodinamic
Un sistem termodinamic se numește corp sau ansamblu de corpuri, peste care are loc o transformare termodinamică. Studiul unui sistem se face pornind de la stat, adică de la condițiile sale fizice la un moment dat. La nivel microscopic, starea menționată poate fi descrisă prin intermediul coordonatelor sau variabilelor termice, cum ar fi masa, presiunea, temperatura etc., care sunt perfect măsurabile, dar la nivel microscopic, fracțiile (moleculele, atomii) care constituie sistemul și identificați setul de poziții și viteze ale acestor particule de care depind în cele din urmă proprietățile microscopice.
În plus, un sistem termodinamic este o regiune a spațiului care face obiectul studiului care se desfășoară și care este limitat de o suprafață care poate fi reală sau imaginară. Regiunea din afara sistemului care interacționează cu acesta se numește mediul sistemului. Sistemul termodinamic interacționează cu mediul său prin schimbul de materie și energie.
Suprafața care separă sistemul de restul contextului său se numește zid și, în funcție de caracteristicile sale, acestea sunt clasificate în trei tipuri care sunt:
Sistem termodinamic deschis
Este schimbul dintre energie și materie.
Sistem termodinamic închis
Nu schimbă materia, dar schimbă energie.
Sistem termodinamic izolat
Nu schimbă materie sau energie.
Principiile termodinamicii
Termodinamica are anumite elemente fundamentale care determină mărimile fizice de bază care reprezintă sistemele termodinamice. Aceste principii explică cum este comportamentul lor în anumite condiții și împiedică apariția anumitor fenomene.
Se spune că un corp se află în echilibru termic atunci când căldura pe care o percepe și o emite sunt egale. În acest caz, temperatura tuturor punctelor sale este și rămâne constantă. Un caz paradoxal de echilibru termic este fierul expus la soare.
Temperatura acestui corp, odată ce echilibrul a fost atins, rămâne mai mare decât cea a mediului înconjurător, deoarece furnizarea continuă de energie solară este compensată de cea pe care corpul o radiază și o pierde cu conducerea și convecția sa.
Principiul zero al termodinamicii sau legea zero a termodinamicii este prezent atunci când doi corpuri în contact sunt la aceeași temperatură după atingerea echilibrului termic. Se înțelege ușor că cel mai rece corp se încălzește și cel mai cald se răcește și, astfel, fluxul net de căldură dintre ele scade pe măsură ce diferența lor de temperatură scade.
"> Se încarcă…Prima lege a termodinamicii
Primul principiu al termodinamicii este principiul conservării energiei (în mod corespunzător și în conformitate cu teoria relativității materiei-energie) conform căruia nu este nici creat, nici distrus, deși poate fi transformat într-un anumit mod altcuiva.
Generalizarea principiului energiei ne permite să afirmăm că variația forței interne a unui sistem este suma muncii efectuate și transferate, o afirmație logică, deoarece s-a stabilit că munca și căldura sunt modalitățile de transfer al energiei și că nu este creați sau distrugeți.
Energia internă a unui sistem este înțeleasă ca suma diferitelor energii și a tuturor particulelor care îl compun, cum ar fi: energia cinetică de translație, rotație și vibrație, energia de legare, coeziune etc.
Primul principiu a fost uneori afirmat ca fiind imposibilitatea existenței mobilului perpetuu de primul fel, adică posibilitatea de a produce muncă fără a consuma energie în oricare dintre modurile în care se manifestă.
Al doilea principiu al termodinamicii
Acest al doilea principiu se referă la ireversibilitatea evenimentelor fizice, în special în momentul transferului de căldură.
Un număr mare de fapte experimentale arată că transformările care apar în mod natural au o anumită semnificație, fără a fi observate vreodată, că se efectuează spontan în direcția opusă.
Al doilea principiu al termodinamicii este o generalizare a ceea ce învață experiența despre sensul în care apar transformări spontane. Suportă diverse formulări care sunt de fapt echivalente. Lord Kelvin, fizician și matematician britanic, a afirmat-o în acești termeni în 1851 „Este imposibil să se realizeze transformarea al cărei singur rezultat este transformarea în lucru a căldurii extrase dintr-o singură sursă de temperatură uniformă”
Aceasta este una dintre cele mai importante legi ale termodinamicii din fizică; Chiar dacă pot fi formulate în mai multe moduri, toate conduc la explicarea conceptului de ireversibilitate și a celui de entropie. Fizicianul și matematicianul german, Rudolf Clausius a stabilit o inegalitate care este legată între temperaturile unui număr arbitrar de surse termice și cantitățile de căldură absorbite de acestea, atunci când o substanță trece prin orice proces ciclic, reversibil sau ireversibil, schimbând căldura cu sursele.
Într-o centrală hidroelectrică, energia electrică este produsă din energia potențială a apei îndiguite. Această putere se transformă în energie cinetică atunci când apa coboară prin conducte și o mică parte din această energie cinetică este transformată în forța cinetică de rotație a unei turbine, a cărei axă este integrală cu axa inductorului unui alternator care generează forța. electric.
Primul principiu al termodinamicii ne permite să ne asigurăm că în schimbările de la o formă de energie la alta nu a existat nici o creștere și nici o scădere a puterii inițiale, al doilea principiu ne spune că o parte din acea energie va fi arsă sub formă de căldură.
Al treilea principiu al termodinamicii
A treia lege a fost dezvoltată de chimistul Walther Nernst în anii 1906-1912, motiv pentru care este adesea menționată ca teorema lui Nernst sau postulatul lui Nernst. Acest al treilea principiu al termodinamicii spune că entropia unui sistem zero absolut este o constantă definitivă. Acest lucru se datorează faptului că există un sistem de temperatură zero în starea sa de bază, deci entropia sa este determinată de degenerarea stării de bază. În 1912, Nernst a stabilit legea astfel: „Este imposibil prin orice procedură să se ajungă la izoterma T = 0 într-un număr finit de pași”
Procese termodinamice
În conceptul de termodinamică, procesele sunt schimbările care apar într-un sistem și care îl duc de la o stare inițială de echilibru la o stare de echilibru final. Acestea sunt clasificate în funcție de variabila care a fost menținută constantă pe tot parcursul procesului.
Un proces poate apărea de la topirea gheții, până la aprinderea amestecului aer-combustibil pentru a efectua mișcarea pistoanelor într-un motor de ardere internă.
Există trei condiții care pot varia într-un sistem termodinamic: temperatura, volumul și presiunea. Procesele termodinamice sunt studiate în gaze, deoarece lichidele sunt incompresibile și nu apar modificări de volum. De asemenea, datorită temperaturilor ridicate, lichidele se transformă în gaze. La solide, nu se efectuează studii termodinamice, deoarece sunt incompresibile și nu există niciun fel de lucru mecanic asupra acestora.
Tipuri de procese termodinamice
Aceste procese sunt clasificate în funcție de abordarea lor, pentru a menține una dintre variabile constante, fie temperatura, presiunea sau volumul. În plus, se aplică alte criterii precum schimbul de energie și modificarea tuturor variabilelor sale.
Proces izotermic
Procesele izoterme sunt toate cele în care temperatura sistemului rămâne constantă. Acest lucru se face lucrând, astfel încât celelalte variabile (P și V) să se schimbe în timp.
Procesul izobaric
Procesul izobaric este unul în care presiunea rămâne constantă. Variația temperaturii și a volumului va defini dezvoltarea sa. Volumul se poate modifica liber când temperatura se schimbă.
Procese izocorice
În procesele izocorice volumul rămâne constant. Poate fi, de asemenea, considerat ca acele în care sistemul nu generează nicio lucrare (W = 0).
Practic, acestea sunt fenomene fizice sau chimice care sunt studiate în interiorul oricărui container, indiferent dacă este sau nu cu agitație.
Procesul adiabatic
Procesul adiabatic este acel proces termodinamic în care nu există schimb de căldură din sistem către exterior sau în direcția opusă. Exemple de acest tip de proces sunt cele care pot fi efectuate într-un termos pentru băuturi.
"> Se încarcă…Exemple de procese termodinamice
- Un exemplu al procesului izocoric: volumul gazului este menținut constant. Când apare orice tip de modificare a temperaturii, aceasta va fi însoțită de o modificare a presiunii. Ca și în cazul aburului într-o oală sub presiune, acesta crește presiunea pe măsură ce se încălzește.
- Ca exemplu al procesului izotermic: temperatura gazului este menținută constantă. Pe măsură ce volumul crește , presiunea scade. De exemplu, un balon într-o mașină de fabricare a vidului își mărește volumul odată cu crearea vidului.
- În raport cu procesul adiabatic: de exemplu, comprimarea pistonului într-o pompă de umflare a anvelopelor de bicicletă sau decompresia rapidă a pistonului unei seringi, comprimându-l anterior cu orificiul de ieșire înfundat.
