Poznámky k termodynamice

Termodynamika: Odvětví fyziky a vědy, které se zabývá korelací mezi teplem a jinými formami energie, které lze přenášet z jedné formy na jiné, lze definovat jako termodynamiku. Určité pojmy, které je třeba znát při zkoumání termodynamiky, lze lépe pochopit následujícím pojmem.

teplo

Teplo je forma energie, k přenosu energie z jednoho těla do druhého dochází v důsledku teplotního rozdílu a tepelná energie proudí z horkého těla do chladného těla, aby se dosáhlo jeho tepelné rovnováhy, a hraje velmi zásadní roli v principu termodynamika.

Práce

Vnější síla působící ve směru posunu, která umožňuje objektu pohybovat se na určitou vzdálenost, prochází určitým přenosem energie, který lze definovat jako práci v knihách fyziky nebo vědy. Z matematického hlediska lze práci popsat jako aplikovanou sílu vynásobenou ujetou vzdáleností. Pokud je při působení síly zahrnut posun pod úhlem Θ, pak rovnice může být:

W = fs

W = fscosӨ

Kde,

 f = použitá síla

s = ujetá vzdálenost

Ө = úhel posunutí

Termodynamika je velmi důležitým aspektem našeho každodenního života. Řídí se souborem zákonů, kterými se musí řídit při aplikaci z hlediska fyziky.

Zákony termodynamiky

Vesmír je definován mnoha zákony, ale jen velmi málo z nich je mocných. Byly formulovány zákony termodynamiky jako disciplíny a otevřely cesty k řadě dalších jevů, od chladniček přes chemii až po životní procesy.

Čtyři základní zákony termodynamiky uvažují empirická fakta a konstruovat fyzikální veličiny, jako je teplota, teplo, termodynamická práce a entropie, které definují termodynamické operace a systémy v termodynamické rovnováze. Vysvětlují souvislosti mezi těmito veličinami. Kromě své aplikace v termodynamice mají zákony integrativní aplikace v jiných oborech vědy. V termodynamice může být „Systémem“ kovový blok nebo nádoba s vodou nebo dokonce naše lidské tělo a vše ostatní se nazývá „Okolí“.

Projekt nula^th zákon termodynamiky podřizuje se tranzitivní vlastnosti základní matematiky, že pokud jsou dva systémy in tepelná rovnováha s 3^rd systému, pak jsou také navzájem v tepelně rovnovážném stavu.

Základní pojmy, které je třeba pochopit, aby bylo možné pochopit zákony termodynamiky, jsou systém a okolí.

Systém a okolí

Kolekce určité sady položek, které definujeme nebo zahrnujeme (něco tak malého jako atom k něčemu tak velkému jako sluneční soustava) lze nazvat systémem, zatímco vše, co nespadá do systému, lze považovat za okolí a tyto dva pojmy jsou odděleny hranicí.

Například káva v baňce je považována za systém a okolí s hranicí.

Systém se v zásadě skládá ze tří typů, a to otevřeného, ​​uzavřeného a izolovaného.

Termodynamické rovnice

Rovnice vytvořené v termodynamice jsou matematickým vyjádřením termodynamického principu podrobeného mechanické práci ve formě rovnicových výrazů.

Různé rovnice, které se tvoří v termodynamických zákonech a funkcích, jsou následující:

● ΔU = q + w (první zákon TD)

● ΔU = Uf - Ui (vnitřní energie)

● q = m Cs ΔT (teplo / g)

● w = -PextΔV (práce)

● H = U + PV

ΔH = ΔU + PΔV

ΔU = ΔH - PΔV

ΔU = ΔH - ΔnRT (entalpie k vnitřní energii)

● S = k ln Ω (druhý zákon v Boltzmanově vzorci)

● ΔSrxn ° = ΣnS ° (produkty) - ΣnS ° (reaktanty) (třetí zákon)

● ΔG = ΔH - TΔS (volná energie)

První zákon termodynamiky

1^st Zákon termodynamiky stanoví, že když energie (jako práce, teplo nebo hmota) přenáší dovnitř nebo ven ze systému, vnitřní energie systému se změní podle zákona zachování energie (což znamená, že energii nelze ani vytvořit, ani zničit a lze převést nebo převést pouze z jedné formy do druhé), tj. stroje s trvalým pohybem 1^st kind (stroj, který ve skutečnosti pracuje bez energie i / p) jsou nedosažitelné.

Například osvětlení žárovky je zákonem přeměny elektrické energie na světelnou energii, která se ve skutečnosti rozsvítí a část se ztratí jako tepelná energie.

 ΔU = q + w

• ΔU je celková změna vnitřní energie systému.
• q je přenos tepla mezi systémem a jeho okolím.
• w je práce odvedená systémem.

Druhý zákon termodynamiky

Druhý zákon termodynamiky definuje důležitou vlastnost systému zvanou entropie. Entropie vesmíru se vždy zvyšuje a matematicky je vyjádřena jako ΔSuniv> 0, kde ΔSuniv je změna entropie vesmíru.

Entropie

Entropie je míra náhodnosti systému nebo je to míra energie nebo chaosu v izolovaném systému, což lze uvažovat jako kvantitativní index, který popisuje klasifikaci energie.

Druhý zákon také stanoví horní hranici účinnosti systémů a směr procesu. Jedná se o základní koncept, že teplo neproudí z objektu s nižší teplotou do objektu s vyšší teplotou. K tomu je třeba do systému dodat externí pracovní vstup. Toto je vysvětlení pro jeden ze základů druhého termodynamického zákona zvaného „Clausiova věta druhého zákona“. Uvádí, že „Je nemožné přenášet teplo v cyklickém procesu z nízké na vysokou teplotu bez práce z externího zdroje“.

 Reálným příkladem tohoto tvrzení jsou ledničky a tepelná čerpadla. Je také známo, že stroj, který nedokáže přeměnit veškerou energii dodávanou do systému, nemůže být přeměněn na práci se 100procentní účinností. To nás pak vede k následujícímu prohlášení nazvanému „Kelvin-Planckův výrok druhého zákona“. Prohlášení je následující: „Je nemožné zkonstruovat zařízení (motor) pracující v cyklu, který nebude mít jiný účinek než odebírání tepla z jediného zásobníku a jeho přeměnu na práci“.

Matematicky lze prohlášení Kelvin-Planck zapsat jako: Wcycle ≤ 0 (pro jeden zásobník) Stroj, který může nepřetržitě produkovat práci tím, že odebírá teplo z jednoho zásobníku tepla a přeměňuje jej všechno na práci, se nazývá stroj s permanentním pohybem druhý druh. Tento stroj přímo porušuje prohlášení Kelvin-Planck. Zjednodušeně řečeno, aby systém mohl pracovat v cyklu, musí interagovat se dvěma tepelnými zásobníky při různých teplotách.

Laicky řečeno, druhý zákon termodynamiky rozvíjí, když k přeměně energie dojde z jednoho do druhého stavu, entropie se nesnižuje, ale vždy se zvyšuje bez ohledu na uzavřený systém.

Třetí zákon termodynamiky

Laicky řečeno, třetí zákon říká, že entropie objektu se blíží nule, jak se absolutní teplota blíží nule (0K). Tento zákon pomáhá najít absolutní pověřovací bod k získání entropie. 3^rd zákon termodynamiky má 2 významné charakteristiky následovně.

Znaménko entropie jakékoli konkrétní látky při jakékoli teplotě nad 0 K je považováno za kladné znaménko a poskytuje pevný referenční bod pro identifikaci absolutní entropie jakékoli konkrétní látky při jakékoli teplotě.

Různé míry energie

ENERGY

Energie je definována jako schopnost vykonávat práci. Je to skalární veličina. Měří se v KJ v jednotkách SI a Kcal v jednotkách MKS. Energie může mít mnoho podob.

FORMY ENERGIE:

 Energie může existovat v mnoha formách, jako je

• 1. Vnitřní energie
• 2. Tepelná energie
• 3. Elektrická energie
• 4. Mechanická energie
• 5. Kinetická energie
• 6. Potenciální energie
• 7. Větrná energie a
• 8. Jaderná energie

Toto dále kategorizováno v

(a) Uložená energie ab) Tranzitní energie.

Uložená energie

Uloženou formou energie může být jeden z následujících dvou typů.

• Makroskopické formy energie: Potenciální energie a kinetická energie.
• Mikroskopické formy energie: Vnitřní energie.

Tranzitní energie

Tranzitní energie znamená energii v přechodu, v zásadě představovanou energií, kterou vlastní systém schopný překračovat hranice

Teplo:

 Jedná se o přenosovou formu energie, která proudí mezi dvěma systémy pod teplotním rozdílem mezi nimi.

(a) Kalorie (kal) Je to teplo potřebné ke zvýšení teploty 1 g H2O o 1 ° C

(b) Britská tepelná jednotka (BTU) Je to teplo potřebné ke zvýšení teploty 1 lb H2O o 1 stupeň F

Práce:

Energetickou interakci mezi systémem a jeho okolím během procesu lze považovat za přenos práce.

Entalpie:

Entalpie (H) definovaný jako součet vnitřních energií systému a součin jeho tlaku a objemu a entalpie je stavová funkce používaná v oblasti fyzikálních, mechanických a chemických systémů při konstantním tlaku, reprezentovaná v Joulech (J) v SI Jednotky.

Vztah mezi jednotkami měření energie (s ohledem na Joules, J)

Tabulka: Tabulka vztahů 

Maxwellovy vztahy

Čtyři nejtradičnější Maxwellovy vztahy jsou rovnosti druhých derivátů každé ze čtyř termodynamických perspektiv, týkajících se jejich mechanických proměnných, jako je tlak (P) a objem (V), plus jejich tepelných proměnných, jako je teplota (T) a entropie ( S).

Rovnice: společné Maxwellovy vztahy

Proč investovat do čističky vzduchu?

Tento článek o termodynamice poskytuje pohled na základní zákony, definice, vztahy rovnic a jeho několik aplikací, ačkoli je jejich obsah krátký, lze jej použít ke kvantifikaci mnoha neznámých. Termodynamika nachází své uplatnění v různých oblastech, protože některá množství se měří snáze než jiná, i když toto téma je samo o sobě hluboké, termodynamika je zásadní a jeho fascinující jevy nám dávají hluboké pochopení role energie v tomto vesmíru

Některé otázky týkající se oblasti termodynamiky

Jaké jsou aplikace termodynamiky ve strojírenství?

V našem každodenním životě i v oblasti inženýrství existuje několik aplikací termodynamiky. Zákony termodynamiky se přirozeně používají v automobilovém a leteckém odvětví strojírenství, jako jsou IC motory a plynové turbíny v příslušných odděleních. Rovněž se používá v tepelných motorech, tepelných čerpadlech, ledničkách, elektrárnách, klimatizacích a dalších zařízeních, které dodržují termodynamické principy.

Proč je termodynamika důležitá?

Termodynamika má různé přínosy v našem každodenním životě i ve strojírenství. Procesy, které se přirozeně vyskytují v našem každodenním životě, spadají pod vedení termodynamických zákonů. Koncepty přenos tepla a tepelné systémy v prostředí jsou vysvětlovány termodynamickým základem, proto je pro nás toto téma velmi důležité.

Jak dlouho trvá zmrazení lahve s vodou při teplotě 32 ° F?

 Pokud jde o koncepční řešení dané otázky, doba potřebná k zmrazení láhve vody při teplotě 32 ° F bude záviset na nukleačním bodě vody, který lze definovat jako bod, kde molekuly v kapalině se shromáždí, aby se změnily na krystalovou strukturu pevné látky, kde při -39 ° C zamrzne čistá voda.

Mezi další faktory, které je třeba vzít v úvahu, patří latentní teplo fúze vody, což je množství energie potřebné ke změně jejího stavu, v podstatě kapalina na pevnou látku nebo pevná látka na kapalinu. Latentní teplo vody při 0 ° C pro fúzi je 334 joulů na gram.

Co je mezní poměr a jak ovlivňuje tepelnou účinnost vznětového motoru?

Mezní poměr je nepřímo úměrný dieselový cyklus protože dochází ke zvýšení účinnosti vypínacího poměru, dochází ke snížení nebo snížení účinnosti dieselového motoru. Mezní poměr je založen na jeho rovnici, kde korespondence objemu válce před a po spalování je ve vzájemném poměru.

Funguje to takto:

	Rovnice 1: Cut-Off Ratio

Co je ustálený stav v termodynamice?

Současný stav systému, který obsahuje průtok v průběhu času a proměnné daného konkrétního procesu, zůstává konstantní, pak lze tento stav definovat jako systém ustáleného stavu v předmětu termodynamiky.

Jaké jsou příklady pevné hranice a pohyblivé hranice v případě termodynamiky?

Pohyblivá hranice nebo jinými slovy kontrolní hmota je určitá třída systému, kde se hmota nemůže pohybovat přes hranici systému, zatímco samotná hranice funguje jako flexibilní charakter, který se může rozpínat nebo smršťovat, aniž by umožňoval proudění jakékoli hmoty dovnitř nebo ven to. Jednoduchým příkladem pohyblivého hraničního systému v základní termodynamice by byl píst v IC motoru, kde se hranice rozšiřuje, když je píst posunut, zatímco hmotnost plynu ve válci zůstává konstantní a umožňuje práci.

Zatímco v případě pevné hranice není povolena žádná práce, protože udržují konstantní objem, zatímco hmota může volně proudit dovnitř a ven v systému. Lze jej také nazvat procesem ovládání hlasitosti. Příklad: plyn vytéká z válce pro domácnost připojeného ke sporáku, zatímco je objem stálý.

 Jaké jsou podobnosti a odlišnosti tepla a práce v termodynamice?

Podobnosti:

• ● Obě tyto energie jsou považovány za funkce dráhy nebo procesní veličiny.
• ● Jsou to také nepřesné diferenciály.
• ● Obě formy energií se neukládají a lze je přenášet dovnitř a ven ze systému v důsledku přechodného jevu.

Rozdíly:

• ● Tok tepla v systému je vždy spojen s entropickou funkcí, zatímco s pracovním systémem nedochází k žádnému přenosu entropie.
• ● Teplo nelze přeměnit na sto procent na práci, zatímco práci lze převést na teplo na 100%.
• ● Teplo je považováno za energetický význam nízké kvality, je snadné převádět teplo do jiných forem, zatímco práce je vysoce kvalitní energií.

TechieScience Core SME

Základní tým TechieScience pro malé a střední podniky je skupina zkušených odborníků z různých vědeckých a technických oborů včetně fyziky, chemie, technologie, elektroniky a elektrotechniky, automobilového průmyslu a strojního inženýrství. Náš tým spolupracuje na vytváření vysoce kvalitních, dobře prozkoumaných článků o široké škále vědeckých a technologických témat pro web TechieScience.com.

Všechny naše senior SME mají více než 7 let zkušeností v příslušných oborech. Jsou to buď profesionálové z pracovního průmyslu, nebo jsou spojeni s různými univerzitami. Odkazovat Naši autoři Stránka, kde se dozvíte o našich základních malých a středních podnicích.