The термодинамика Това е частта от физиката, която се занимава с връзката между топлината и работата. В този раздел ще проучим:
Връзка между работа и топлина
И топлината, и работата са начини, по които телата и системите трансформират своята енергия. Това позволява създаването на механичен еквивалент на топлина. Вижте следните примери:
1 кал = 4,184 J в ‡ ”В 1 J = 0,24 кал
Експеримент на Джоул
1В калВ = 4.184В JВ в ‡ ”В 1В JВ = 0,24В кал
Термодинамика Това е частта от физиката, която изучава преноса на топлина, преобразуването на енергия и способността на системите да произвеждат работа.Законите на термодинамиката обясняват глобалното поведение на макроскопичните системи в равновесни ситуации.
Има следното характеристики:
Важно е да се запознаете с концепциите, които ще въведем по-долу, тъй като, макар че в първо приближение те могат да изглеждат донякъде абстрактни, те ще ви позволят да проучите поведението на конкретни системи (двигател, надувател на въздуха, и т.н.) с достатъчно точност.
Компоненти на термодинамична система
Система
Системата е частта от Вселената, която ще изучаваме. Например газ, нашето тяло или атмосфера са примери за системи, които можем да изучаваме от термодинамична гледна точка.
Околна среда или околна среда
| Отворено | Маса и енергия (работа или топлина) | Химична реакция в отворена епруветка |
| Затворено | Просто енергия | Радиатор на нагревателя |
| Изолирани | Нито материя, нито енергия | Термос за поддържане на напитки с постоянна температура |
| Адиабатен | Нито материя, нито топлина, а енергия под формата на работа | Термос с капак, който позволява да се променя обемът |
Системна граница или стени
Променливи и уравнение на състоянието
- натиск
- сила на звука
- маса
- температура
Уравнението на състоянието на идеалния газ следва израза:
Не забравяйте, че а идеален газ Това не е нищо повече от теоретичен газ, в който частиците му с произволно изместване не взаимодействат помежду си. Повечето реални газове при относително високи температури и малки налягания могат да се считат за идеални газове и следователно можем да приложим този израз като тяхно уравнение на състоянието в упражненията по тази тема.
Накрая казваме, че една система е достигнала В стабилно състояниеВ, когато променливите на състоянието му остават постоянни. Всички свойства на равновесната система се определят от вътрешни фактори, а не от предварително приложени външни влияния. Термодинамиката се занимава само със системи в стабилно състояние.
Интензивни и екстензивни променливи
- Интензивни: са тези, които не зависят от размера на системата. Например налягане, температура, концентрация или плътност
- Обширни: Това са тези, които зависят от размера на системата. Например обем, маса или енергия
Определете промяната в обема, изпитвана от 40 g кислород O2В при налягане от 1 атм, когато температурата му преминава от 25 ° C до 50 ° C.
Законите на термодинамиката
Законите на термодинамиката са емпирични принципи, които не могат да бъдат демонстрирани, тъй като се основават на опит, а не на теоретични разсъждения. Те се отнасят до системи в състояние на равновесие. Има четири, въпреки че най-важните са първата и втората:
Критерий за признаци в термодинамиката
В термодинамиката има два широко разширени критерия за знаци, които свързват работата и топлината, които системата обменя с околната среда:
Критерий IUPAC: Всичко, което увеличава енергията на системата, се счита за положително, тоест получена топлина и получена работа
Той установява, в съответствие с двата критерия за изследвани знаци, знакът за топлина и работа в следните термодинамични системи:
- Лист метал при 80 ° С В се поставя в контейнер с вода при -10 ° С (системата е метален лист)
- Еластичната лента е опъната рязко
- Използваме газ от бутилка под налягане, за да надуем гума с изолационни стени (системата е газова)