термодинаміка Це частина фізики, яка займається питаннями взаємозв’язку тепла та роботи. У цьому розділі ми вивчимо:

Закони термодинаміки

Взаємозв’язок роботи та тепла

І тепло, і робота - це способи, якими тіла та системи перетворюють свою енергію. Це дозволяє встановити механічний еквівалент тепла. Подивіться на такі приклади:

1 кал = 4184 Дж в ‡ ”В 1 Дж = 0,24 кал

Дослід Джоуля

1В калВ = 4.184В Дж в ‡ ”В 1В JВ = 0,24В кал

Термодинаміка Це частина фізики, яка вивчає теплопередачі, перетворення енергії та здатність систем виробляти роботу.Закони термодинаміки пояснюють глобальну поведінку макроскопічних систем в ситуаціях рівноваги.

Має наступне характеристики:

Важливо ознайомитися з поняттями, які ми збираємось представити нижче, оскільки, хоча в першому наближенні вони можуть здатися дещо абстрактними, вони дозволять вивчити поведінку конкретних систем (двигуна, надувного вентилятора, тощо) з достатньою точністю.

Компоненти термодинамічної системи

Система

Система - це частина Всесвіту, яку ми збираємось вивчати. Наприклад, газ, наше тіло або атмосфера - це приклади систем, які ми можемо вивчати з термодинамічної точки зору.

Середовище або довкілля

Приклад обмінного курсу
Відкрито Маса та енергія (робота чи тепло) Хімічна реакція у відкритій пробірці
зачинено Просто енергія Радіатор обігрівача
Ізольовані Ні речовини, ні енергії Термос для утримання напоїв при постійній температурі
Адіабатичний Ні речовини, ні тепла, а енергія у формі роботи Термос з кришкою, що дозволяє змінювати обсяг

Межа системи або стіни

Змінні та рівняння стану

  • тиску
  • гучність
  • маса
  • температури

Рівняння стану ідеального газу слід за виразом:

Пам'ятайте, що а ідеальний газ Це не що інше, як теоретичний газ, у якому його частинки при випадковому переміщенні не взаємодіють між собою. Більшість реальних газів при відносно високих температурах і малих тисках можна вважати ідеальними газами, і тому ми можемо застосувати цей вираз як їх рівняння стану у вправах цієї теми.

Нарешті, ми говоримо, що система досягла В стійкий станВ, коли його змінні стану залишаються постійними. Всі властивості системи рівноваги визначаються власними факторами, а не застосовуваними раніше зовнішніми впливами. Термодинаміка має справу лише з системами в стаціонарному стані.

Інтенсивні та екстенсивні змінні

  • Інтенсивний: це ті, які не залежать від розміру системи. Наприклад, тиск, температура, концентрація або щільність
  • Обширний: це ті, які залежать від розміру системи. Наприклад обсяг, маса або енергія

Визначте коливання обсягу 40 г кисню O2В при тиску 1 атм, коли його температура переходить від 25 ° С до 50 ° С.

Закони термодинаміки

Закони термодинаміки - це емпіричні принципи, які неможливо продемонструвати, оскільки вони базуються на досвіді, а не на теоретичних міркуваннях. Вони відносяться до систем у стані рівноваги. Їх чотири, хоча найважливішими є перший і другий:

Критерій ознак у термодинаміці

У термодинаміці є два широко розширені критерії ознак для співвідношення роботи та тепла, яким система обмінюється з навколишнім середовищем:

Критерій IUPAC: Все, що збільшує енергію системи, вважається позитивним, тобто отримане тепло та отримана робота

Він встановлює, згідно з двома критеріями ознак, що вивчаються, знак для тепла та роботи в таких термодинамічних системах:

  1. Лист металу при 80 ° С вкладається в ємність з водою при -10 ° С (система - це металевий лист)
  2. Гумка різко розтягується
  3. Ми використовуємо газ із пляшки під тиском, щоб надути шину з ізоляційними стінками (система газова)