Ивотот

Преглед на термодинамиката

Преглед на термодинамиката

Термодинамиката е поле на физика која се занимава со односот помеѓу топлината и другите својства (како што се притисок, густина, температура, итн.) Во супстанција.

Поточно, термодинамиката во голема мерка се фокусира на тоа како преносот на топлина е поврзан со разни енергетски промени во физички систем што поминува низ термодинамичен процес. Ваквите процеси обично резултираат со работа на системот и се водат според законите на термодинамиката.

Основни концепти за пренесување на топлина

Генерално, топлината на еден материјал се подразбира како претстава на енергијата содржана во честичките на тој материјал. Ова е познато како кинетичка теорија на гасови, иако концептот се применува во различен степен и на цврсти материи и течности. Топлината од движењето на овие честички може да се пренесе во блиските честички, а со тоа и во други делови на материјалот или други материјали, преку најразлични средства:

  • Термички контакт е кога две супстанции можат да влијаат врз друга температура.
  • Топлинска рамнотежа е кога две супстанции во термички контакт повеќе не пренесуваат топлина.
  • Термално ширење се одвива кога супстанцијата се зголемува во волуменот бидејќи се здобива со топлина. Термичка контракција исто така постои.
  • Спроведување е кога топлината тече низ загреана цврста форма.
  • Конвекција е кога загреаните честички ја пренесуваат топлината во друга супстанција, како што се готвење нешто во врела вода.
  • Радијација е кога топлината се пренесува преку електромагнетни бранови, како што е од сонцето.
  • Изолација е кога се користи нископроводен материјал за да се спречи пренесување на топлина.

Термодинамички процеси

Системот се подложува на термодинамички процес кога има некаков вид енергетска промена во рамките на системот, генерално поврзан со промени во притисок, волумен, внатрешна енергија (т.е. температура) или било каков вид на пренесување на топлина.

Постојат неколку специфични типови на термодинамички процеси кои имаат посебни својства:

  • Адијабатички процес - процес без пренесување на топлина во системот или надвор од него.
  • Изохорски процес - процес без промена во волуменот, во кој случај системот не работи.
  • Изобаричен процес - процес без промена на притисокот.
  • Изотермален процес - процес без промена на температурата.

Држави на материја

Состојбата на материјата е опис на видот на физичката структура што ја манифестира материјалната супстанција, со својства што опишуваат како материјалот се држи заедно (или не). Постојат пет состојби на материјата, иако само првите три од нив обично се вклучени во начинот на кој размислуваме за состојбите на материјата:

  • гас
  • течност
  • цврст
  • плазма
  • суперфлуид (како што е кондензатот Бозе-Ајнштајн)

Многу супстанции можат да преминат помеѓу гасот, течноста и цврстите фази на материјата, додека се знае дека само неколку ретки супстанции можат да влезат во суперфлуидна состојба. Плазмата е посебна состојба на материјата, како молња

  • кондензација - гас до течност
  • замрзнување - течно до цврсто
  • топење - цврсто до течно
  • сублимација - цврст на гас
  • испарување - течен или цврст на гас

Топлински капацитет

Топлотниот капацитет, В, на предмет е односот на промена на топлина (промена на енергија, ΔП., каде грчкиот симбол Делта, Δ, означува промена во количината) да се промени во температурата (ΔТ).

В = Δ П. / Δ Т

Топлотниот капацитет на супстанцијата ја означува леснотијата со која се загрева супстанција. Добар термички проводник би имал низок капацитет на топлина, што укажува дека мала количина на енергија предизвикува голема промена на температурата. Еден добар термички изолатор би имал голем капацитет на топлина, што укажува дека е потребен многу трансфер на енергија за промена на температурата.

Идеални равенки за гас

Постојат различни идеални равенки за гас што се однесуваат на температурата (Т1), притисок (Стр1), и волумен (V1) Овие вредности по термодинамичката промена се означени со (Т2), (Стр2), и (V2) За дадена количина на супстанција, н (мерено во молови), следниве врски имаат:

Бојловиот закон ( Т е константа):
Стр 1 V 1 = Стр 2 V 2
Закон за Чарлс / Геј-Лусак (Стр е константа):
V1/Т1 = V2/Т2
Идеален закон за гас:
Стр1V1/Т1 = Стр2V2/Т2 = НР

Р. е идеален гас постојан, Р. = 8.3145 Ј / мол * К. За одредена количина на материја, според тоа, НР е постојан, што го дава законот за идеален гас.

Закони за термодинамика

  • Нулает закон за термодинамика - Два системи секој во термичка рамнотежа со трет систем се во термичка рамнотежа едни на други.
  • Прв закон за термодинамика - Промената на енергијата на системот е количина на енергија додадена во системот минус енергијата потрошена за работа.
  • Втор закон за термодинамика - Невозможно е еден процес да има како единствен резултат пренесување на топлина од поладно тело во потопло.
  • Трет закон за термодинамика - Невозможно е да се намали кој било систем во апсолутна нула во конечна серија на операции. Ова значи дека не може да се создаде совршен ефикасен топлински мотор.

Втор закон и ентропија

Вториот закон за термодинамика може да се повтори за да се зборува ентропија, што претставува квантитативно мерење на нарушувањето во системот. Промената на топлината поделена со апсолутна температура е промена на ентропија во процесот. Дефиниран на овој начин, Вториот закон може да се измени како:

Во кој било затворен систем, ентропијата на системот или ќе остане константна или ќе се зголеми.

Со „затворен систем“ тоа значи секој дел од процесот е вклучен при пресметување на ентропија на системот.

Повеќе за термодинамиката

На некој начин, лекувањето на термодинамиката како посебна дисциплина на физиката е погрешно. Термодинамиката ја допира буквално на секое поле на физиката, од астрофизиката до биофизиката, затоа што сите тие се одвиваат на некој начин со промената на енергијата во еден систем. Без можност системот да користи енергија во рамките на системот за да работи - срцето на термодинамиката - нема да има ништо за физичарите да учат.

Како што беше кажано, има некои полиња кои користат термодинамика при проучување на други феномени, додека има широк спектар на полиња кои многу се фокусираат на вклучените термодинамички ситуации. Еве неколку под-полиња на термодинамиката:

  • Криофизика / Криогеника / физика на ниска температура - проучување на физички својства во ситуации со ниски температури, далеку под температурите што се искусни дури и на најстудените области на Земјата. Пример за ова е проучувањето на суперфлуидите.
  • Течност Динамика / Механика на флуиди - проучување на физичките својства на „течностите“, специфично дефинирани во овој случај да бидат течности и гасови.
  • Физика со висок притисок - проучување на физиката во екстремно висок притисок системи, генерално поврзани со динамика на течности.
  • Метеорологија / физика на времето - физиката на времето, системите на притисок во атмосферата итн.
  • Плазма физика - проучување на материјата во плазма состојба.