Thermodynamica-opmerkingen

Thermodynamica: De tak van fysica en wetenschap die zich bezighoudt met de correlatie tussen warmte en andere vormen van energie die van de ene vorm en plaats naar de andere kunnen worden overgebracht, kan worden gedefinieerd als thermodynamica. Bepaalde termen die u moet kennen bij het onderzoeken van thermodynamica, kunnen beter worden begrepen door de volgende term te volgen.

Warmte

Warmte is een vorm van energie; de ​​overdracht van energie van het ene lichaam naar het andere vindt plaats als gevolg van temperatuurverschillen en warmte-energie stroomt van een warm lichaam naar een koud lichaam, om het thermisch evenwicht te bereiken en speelt een zeer cruciale rol in het principe van energie. thermodynamica.

Mijn werk

Een externe kracht die wordt uitgeoefend in de richting van de verplaatsing, waardoor het object een bepaalde afstand kan verplaatsen, ondergaat een bepaalde energieoverdracht die kan worden gedefinieerd als werk in de boeken van de natuurkunde of wetenschap. In wiskundige termen kan werk worden omschreven als de uitgeoefende kracht vermenigvuldigd met de afgelegde afstand. Als de verplaatsing betrokken is onder een hoek Θ wanneer kracht wordt uitgeoefend, dan kan de vergelijking zijn:

W = fs

W = fscoӨ

Waar,

 f = uitgeoefende kracht

s = afgelegde afstand

Ө = verplaatsingshoek

Thermodynamica is een zeer essentieel aspect van ons dagelijks leven. Ze volgen een reeks wetten waaraan ze zich moeten houden als ze worden toegepast in termen van natuurkunde.

Wetten van thermodynamica

Hoewel het universum door vele wetten wordt bepaald, zijn er maar heel weinig machtig. De wetten van de thermodynamica als discipline werden geformuleerd en openden wegen voor tal van andere verschijnselen, variërend van koelkasten tot chemie en ver voorbij levensprocessen.

De vier basis wetten van de thermodynamica houden rekening met empirische feiten en construeer fysieke grootheden, zoals temperatuur, warmte, thermodynamisch werk en entropie, die thermodynamische bewerkingen en systemen in thermodynamisch evenwicht definieert. Ze leggen de verbanden tussen deze hoeveelheden uit. Naast hun toepassing in de thermodynamica, hebben de wetten integratieve toepassingen in andere takken van wetenschap. In de thermodynamica kan een 'Systeem' een metalen blok zijn of een container met water, of zelfs ons menselijk lichaam, en al het andere wordt 'Omgeving' genoemd.

De nul^th wet van de thermodynamica gehoorzaamt aan de transitieve eigenschap van elementaire wiskunde dat als twee systemen in thermisch evenwicht met een 3^rd systeem, dan zijn deze ook in thermische evenwichtstoestand met elkaar.

De basisconcepten die moeten worden behandeld om de wetten van de thermodynamica te begrijpen, zijn systeem en omgeving.

Systeem en omgeving

De verzameling van een bepaalde set items die we definiëren of opnemen (zoiets kleins als een atoom tot zoiets groots als het zonnestelsel) kan een systeem worden genoemd, terwijl alles wat niet onder het systeem valt, kan worden beschouwd als de omgeving en deze twee concepten worden gescheiden door een grens.

Koffie in een kolf wordt bijvoorbeeld beschouwd als een systeem en omgeving met een grens.

In wezen bestaat een systeem uit drie typen, namelijk geopend, gesloten en geïsoleerd.

Thermodynamische vergelijkingen

De vergelijkingen gevormd in de thermodynamica zijn een wiskundige weergave van het thermodynamische principe onderworpen aan mechanisch werk in de vorm van equationele uitdrukkingen.

De verschillende vergelijkingen die worden gevormd in de thermodynamische wetten en functies zijn als volgt:

● ΔU = q + w (eerste wet van TD)

● ΔU = Uf - Ui (interne energie)

● q = m Cs ΔT (warmte / g)

● w = -PextΔV (werk)

● H = U + PV

ΔH = ΔU + PΔV

ΔU = ΔH - PΔV

ΔU = ΔH - ΔnRT (enthalpie voor interne energie)

● S = k ln Ω (tweede wet in Boltzman-formule)

● ΔSrxn ° = ΣnS ° (producten) - ΣnS ° (reactanten) (derde wet)

● ΔG = ΔH - TΔS (gratis energie)

Eerste wet van de thermodynamica

De 1^st wet van de thermodynamica werken uit dat wanneer energie (als werk, warmte of materie) in of uit een systeem komt, de interne energie van het systeem zal veranderen volgens de wet van behoud van energie (wat betekent dat energie niet kan worden gecreëerd of vernietigd en kan alleen worden overgedragen of geconverteerd van de ene vorm naar de andere), dwz de eeuwigdurende bewegingsmachine van de 1^st soort (een machine die eigenlijk zonder energie i / p werkt) zijn onbereikbaar.

Het aansteken van een lamp is bijvoorbeeld een wet waarbij elektrische energie wordt omgezet in lichtenergie die daadwerkelijk oplicht en een deel daarvan verloren gaat als warmte-energie.

 ΔU = q + w

• ΔU is de totale interne energieverandering van een systeem.
• q is de warmteoverdracht tussen een systeem en zijn omgeving.
• w is het werk dat door het systeem wordt gedaan.

Tweede wet van de thermodynamica

De tweede wet van de thermodynamica definieert een belangrijke eigenschap van een systeem dat entropie wordt genoemd. De entropie van het universum neemt altijd toe en wordt wiskundig weergegeven als ΔSuniv> 0, waarbij ΔSuniv de verandering in de entropie van het universum is.

Entropy

Entropie is de meting van de willekeur van het systeem of het is de maat voor energie of chaos in een geïsoleerd systeem, dit kan worden beschouwd als een kwantitatieve index die de classificatie van energie beschrijft.

De tweede wet geeft ook de bovengrens van efficiëntie van systemen en de richting van het proces. Het is een basisconcept dat warmte niet van een object met een lagere temperatuur naar een object met een hogere temperatuur stroomt. Om dat te laten gebeuren, moet externe werkinput aan het systeem worden geleverd. Dit is een verklaring voor een van de grondbeginselen van de tweede wet van de thermodynamica genaamd "Clausius statement of second law". Het stelt: "Het is onmogelijk om warmte in een cyclisch proces over te dragen van lage temperatuur naar hoge temperatuur zonder werk van een externe bron".

 Een voorbeeld uit de praktijk van deze verklaring zijn koelkasten en warmtepompen. Het is ook bekend dat een machine die niet alle aan een systeem geleverde energie kan omzetten, niet kan worden omgezet om met een efficiëntie van 100 procent te werken. Dit leidt ons vervolgens naar de volgende verklaring, de "Kelvin-Planck-verklaring van de tweede wet". De verklaring luidt als volgt: "Het is onmogelijk om een ​​apparaat (motor) te bouwen die in een cyclus werkt die geen ander effect heeft dan het onttrekken van warmte uit een enkel reservoir en dit alles in arbeid omzetten".

Wiskundig gezien kan de Kelvin-Planck-verklaring worden geschreven als: Wcycle ≤ 0 (voor een enkel reservoir) Een machine die continu werk kan produceren door warmte uit een enkel warmtereservoir te halen en alles om te zetten in werk wordt een perpetuum mobile de tweede soort. Deze machine schendt direct de Kelvin-Planck-verklaring. Dus, om het in eenvoudige bewoordingen te zeggen: wil een systeem produceren om in een cyclus te werken, het moet samenwerken met twee thermische reservoirs met verschillende temperaturen.

Dus, in lekentaal, wordt de 2e wet van de thermodynamica uitgewerkt, wanneer energieconversie plaatsvindt van de ene naar de andere staat, entropie zal niet afnemen, maar altijd toenemen, ongeacht binnen een gesloten systeem.

Derde wet van de thermodynamica

In termen van de leek stelt de derde wet dat de entropie van een object nul nadert als de absolute temperatuur nul (0K) nadert. Deze wet helpt om een ​​absoluut referentiepunt te vinden om de entropie te verkrijgen. De 3^rd wet van de thermodynamica heeft 2 belangrijke kenmerken als volgt.

Het teken van de entropie van een bepaalde stof bij elke temperatuur boven 0K wordt herkend als een positief teken en geeft een vast referentiepunt om de absolute entropie van een specifieke stof bij elke temperatuur te identificeren.

Verschillende maten van energie

ENERGIE

Energie wordt gedefinieerd als het vermogen om werk te doen. Het is een scalaire hoeveelheid. Het wordt gemeten in KJ in SI-eenheden en Kcal in MKS-eenheden. Energie kan vele vormen hebben.

VORMEN VAN ENERGIE:

 Energie kan in tal van vormen voorkomen, zoals

• 1. Interne energie
• 2. Thermische energie
• 3. Elektrische energie
• 4. Mechanische energie
• 5. Kinetische energie
• 6. Potentiële energie
• 7. Windenergie en
• 8. Kernenergie

Dit verder gecategoriseerd in

(a) Opgeslagen energie en (b) Doorvoer-energie.

Opgeslagen energie

De opgeslagen vorm van energie kan een van de volgende twee typen zijn.

• Macroscopische vormen van energie: Potentiële energie en kinetische energie.
• Microscopische vormen van energie: Interne energie.

Transit energie

Transit-energie betekent energie in transitie, in feite vertegenwoordigd door de energie die een systeem bezit dat in staat is om de grenzen te overschrijden

Warmte:

 Het is een overdrachtsvorm van energie die tussen twee systemen stroomt onder het temperatuurverschil tussen hen.

(a) Calorie (cal) Het is de warmte die nodig is om de temperatuur van 1 g H2O met 1 ° C te verhogen

(b) Britse thermische eenheid (BTU) Het is de warmte die nodig is om de temperatuur van 1 lb H2O met 1 ° F te verhogen

Werken:

Een energie-interactie tussen een systeem en zijn omgeving tijdens een proces kan worden beschouwd als werkoverdracht.

Enthalpie:

Enthalpie (H) gedefinieerd als de som van de interne energieën van het systeem en het product van zijn druk en volume en enthalpie is een toestandsfunctie die wordt gebruikt op het gebied van fysische, mechanische en chemische systemen bij een constante druk, weergegeven in Joules (J) in SI eenheden.

Verband tussen de meeteenheden van energie (met betrekking tot Joules, J)

Tabel: Relatietabel 

Maxwell's relaties

De vier meest traditionele Maxwell-relaties zijn de gelijkheden van de tweede afgeleiden van elk van de vier thermodynamische perspectieven, met betrekking tot hun mechanische variabelen zoals druk (P) en volume (V) plus hun thermische variabelen zoals temperatuur (T) en entropie ( S).

Vergelijking: gemeenschappelijke relaties van Maxwell

Conclusie

Dit artikel over thermodynamica geeft u een glimp van de fundamentele wetten, definities, vergelijkingsrelaties en de weinige toepassingen ervan, hoewel de inhoud kort is, kan het worden gebruikt om veel onbekenden te kwantificeren. Thermodynamica vindt zijn toepassing op verschillende gebieden, aangezien sommige grootheden gemakkelijker te meten zijn dan andere, hoewel dit onderwerp op zichzelf diepgaand is, thermodynamica is fundamenteel, en de fascinerende verschijnselen ervan geven ons een diep begrip van de rol van energie in dit universum

Enkele vragen die betrekking hebben op het gebied van thermodynamica

Wat zijn de toepassingen van thermodynamica in engineering?

Er zijn verschillende toepassingen van thermodynamica in ons dagelijks leven en op het gebied van engineering. De wetten van de thermodynamica worden intrinsiek gebruikt in de automobiel- en luchtvaartsector, zoals in verbrandingsmotoren en gasturbines in de respectieve afdelingen. Het wordt ook toegepast in warmtemotoren, warmtepompen, koelkasten, energiecentrales, airconditioning en meer volgens de principes van thermodynamica.

Waarom is thermodynamica belangrijk?

Er zijn verschillende bijdragen van thermodynamica in ons dagelijks leven en in de technische sector. De processen die van nature in ons dagelijks leven plaatsvinden, vallen onder de leiding van thermodynamische wetten. de concepten van warmteoverdracht en de thermische systemen in de omgeving worden verklaard door de thermodynamische basis, daarom is het onderwerp erg belangrijk voor ons.

Hoe lang duurt het voordat een fles water bevriest bij een temperatuur van 32˚F?

 In termen van een conceptuele oplossing voor de gegeven vraag, zal de hoeveelheid tijd die nodig is om een ​​fles water bij een temperatuur van 32F te bevriezen afhankelijk zijn van het kernvormingspunt van het water, dat kan worden gedefinieerd als het punt waar de moleculen in de vloeistof worden verzameld om in een kristalstructuur van vaste stof te veranderen waar zuiver water bij -39C zal bevriezen.

Andere factoren waarmee rekening wordt gehouden, zijn de latente smeltwarmte van water, de hoeveelheid energie die nodig is om de toestand te veranderen, in wezen vloeibaar in vast of vast in vloeibaar. De latente warmte van water bij 0C voor fusie is 334 joules per gram.

Wat is de uitschakelverhouding en hoe beïnvloedt dit de thermische efficiëntie van een dieselmotor?

De afsnijverhouding is omgekeerd evenredig met de dieselcyclus: aangezien er een toename is in het rendement van de uitschakelverhouding, is er een afname of afname in het rendement van een dieselmotor. De afsnijverhouding is gebaseerd op de vergelijking waarbij de overeenkomst van het cilindervolume voor en na de verbranding in verhouding staat tot elkaar.

Het gaat als volgt:

	Vergelijking 1: Cut-Off Ratio

Wat is een stabiele toestand in de thermodynamica?

De huidige toestand van een systeem dat er in de loop van de tijd doorheen stroomt en de variabelen van dat specifieke proces constant blijven, dan kan die toestand worden gedefinieerd als een stationair systeem op het gebied van thermodynamica.

Wat zijn de voorbeelden van vaste grens en verplaatsbare grens in het geval van thermodynamica?

Een beweegbare grens of in andere termen, controlemassa is een bepaalde klasse van systemen waarbij materie niet over de grens van het systeem kan bewegen, terwijl de grens zelf fungeert als een flexibel karakter dat kan uitzetten of inkrimpen zonder dat er enige massa in of uit kan stromen het. Een eenvoudig voorbeeld van een beweegbaar grenssysteem in de basisthermodynamica is een zuiger in een verbrandingsmotor waarbij de grens groter wordt naarmate de zuiger wordt verplaatst, terwijl de massa van het gas in de cilinder constant blijft waardoor er kan worden gewerkt.

Terwijl in het geval van een vaste begrenzing, er geen werk is, omdat ze het volume constant houden terwijl de massa vrij in en uit het systeem kan stromen. Het kan ook een controlevolume-proces worden genoemd. Voorbeeld: gas stroomt uit een huishoudelijke cilinder die is aangesloten op een kachel terwijl het volume vaststaat.

 Wat zijn de overeenkomsten en ongelijkheden van warmte en werk in de thermodynamica?

overeenkomsten:

• ● Beide energieën worden beschouwd als padfuncties of procesgrootheden.
• ● Het zijn ook onnauwkeurige verschillen.
• ● Beide vormen van energieën worden niet opgeslagen en kunnen in en uit het systeem worden overgebracht als gevolg van het tijdelijke fenomeen.

Verschillen:

• ● Warmtestroom in een systeem wordt altijd geassocieerd met de entropiefunctie, terwijl er geen entropieoverdracht plaatsvindt samen met het werksysteem.
• ● Warmte kan niet voor honderd procent worden omgezet in werk, terwijl werk wel 100% in warmte kan worden omgezet.
• ● Warmte wordt beschouwd als een laagwaardige energie, wat betekent dat het gemakkelijk is om warmte om te zetten in andere vormen terwijl werk hoogwaardige energie is.

TechieScience Kern MKB

Het TechieScience Core MKB-team is een groep ervaren vakexperts uit diverse wetenschappelijke en technische vakgebieden, waaronder natuurkunde, scheikunde, technologie, elektronica en elektrotechniek, auto-industrie en werktuigbouwkunde. Ons team werkt samen om hoogwaardige, goed onderbouwde artikelen te creëren over een breed scala aan wetenschappelijke en technologische onderwerpen voor de TechieScience.com-website.

Al onze senior MKB-bedrijven hebben meer dan 7 jaar ervaring op de betreffende gebieden. Ze zijn professionals uit de werkende industrie of verbonden aan verschillende universiteiten. Refereren Onze auteurs Pagina om meer te weten te komen over onze kern-KMO's.