Note sulla termodinamica

Termodinamica: la branca della fisica e della scienza che si occupa della correlazione tra il calore e altre forme di energia che possono essere trasferite da una forma e da un luogo a un altro può essere definita termodinamica. Alcuni termini da conoscere quando si esamina la termodinamica possono essere meglio compresi seguendo il termine.

calore

Il calore è una forma di energia, il trasferimento di energia da un corpo all'altro avviene a causa della differenza di temperatura e l'energia termica fluisce da un corpo caldo a un corpo freddo, per raggiungere l'equilibrio termico e svolge un ruolo molto critico nel principio di termodinamica.

Lavora

Una forza esterna applicata nella direzione dello spostamento che consente all'oggetto di muoversi per una determinata distanza subisce un certo trasferimento di energia che può essere definito come lavoro nei libri di fisica o scienza. In termini matematici, il lavoro può essere descritto come la forza applicata moltiplicata per la distanza percorsa. Se lo spostamento è coinvolto con un angolo Θ quando viene esercitata la forza, allora l'equazione può essere:

W = f.s

W = fscos̨

Dove,

 f = forza applicata

s = distanza percorsa

Ө = angolo di spostamento

La termodinamica è un aspetto molto vitale della nostra vita quotidiana. Seguono una serie di leggi a cui attenersi quando vengono applicate in termini di fisica.

Leggi della termodinamica

L'Universo, sebbene sia definito da molte leggi, solo pochissime sono potenti. Le leggi della termodinamica come disciplina furono formulate e aprirono la strada a numerosi altri fenomeni che variano dai frigoriferi, alla chimica e ben oltre i processi vitali.

I quattro fondamentali le leggi della termodinamica considerano i fatti empirici e costruiscono quantità fisiche, come temperatura, calore, lavoro termodinamico ed entropia, che definiscono le operazioni termodinamiche e i sistemi in equilibrio termodinamico. Spiegano i collegamenti tra queste quantità. Oltre alla loro applicazione in termodinamica, le leggi hanno applicazioni integrative in altri rami della scienza. In termodinamica, un "Sistema" può essere un blocco di metallo o un contenitore con acqua, o anche il nostro corpo umano, e tutto il resto è chiamato "Dintorno".

I zero^th legge della termodinamica obbedisce alla proprietà transitiva della matematica di base che se sono presenti due sistemi equilibrio termale con un 3^rd sistema, quindi anche questi sono in stato di equilibrio termico tra loro.

I concetti di base che devono essere coperti per comprendere le leggi della termodinamica sono il sistema e l'ambiente circostante.

Sistema e dintorni

La raccolta di un particolare insieme di elementi che definiamo o includiamo (da qualcosa di piccolo come un atomo a qualcosa di grande come il sistema solare) può essere definito un sistema mentre tutto ciò che non rientra nel sistema può essere considerato due concetti sono separati da un confine.

Ad esempio, il caffè in una fiaschetta è considerato come un sistema e un ambiente con un confine.

Essenzialmente, un sistema è costituito da tre tipi: aperto, chiuso e isolato.

Equazioni termodinamiche

Le equazioni formate in termodinamica sono una rappresentazione matematica del principio termodinamico sottoposto a lavoro meccanico sotto forma di espressioni equazionali.

Le varie equazioni che si formano nelle leggi e nelle funzioni termodinamiche sono le seguenti:

● ΔU = q + w (prima legge di TD)

● ΔU = Uf - Ui (energia interna)

● q = m Cs ΔT (calore / g)

● w = -PextΔV (lavoro)

● H = U + PV

H = ΔU + PΔV

ΔU = ΔH - PΔV

ΔU = ΔH - ΔnRT (entalpia all'energia interna)

● S = k ln Ω (seconda legge nella formula di Boltzman)

● ΔSrxn ° = ΣnS ° (prodotti) - ΣnS ° (reagenti) (terza legge)

● ΔG = ΔH - TΔS (energia libera)

Prima legge della termodinamica

I 1 paesi^st legge della termodinamica elabora che quando l'energia (come lavoro, calore o materia) entra o esce da un sistema, l'energia interna del sistema cambierà secondo la legge di conservazione dell'energia (il che significa che l'energia non può essere né creata né distrutta e può solo essere trasferito o convertito da una forma all'altra), cioè macchina del moto perpetuo dell'1^st tipo (una macchina che funziona effettivamente senza energia i / p) non sono raggiungibili.

Ad esempio, accendere una lampadina è una legge dell'energia elettrica convertita in energia luminosa che effettivamente si illumina e una parte verrà persa come energia termica.

 ΔU = q + w

• ΔU è la variazione totale di energia interna di un sistema.
• q è il trasferimento di calore tra un sistema e l'ambiente circostante.
• w è il lavoro svolto dal sistema.

Seconda legge della termodinamica

La seconda legge della termodinamica definisce un'importante proprietà di un sistema chiamato entropia. L'entropia dell'universo è sempre in aumento e matematicamente rappresentata come ΔSuniv> 0 dove ΔSuniv è il cambiamento nell'entropia dell'universo.

entropia

L'entropia è la misura della casualità del sistema o è la misura dell'energia o del caos con in un sistema isolato, questo può essere contemplato come un indice quantitativo che descriveva la classificazione dell'energia.

La seconda legge fornisce anche il limite superiore di efficienza dei sistemi e la direzione del processo. È un concetto di base che il calore non fluisce da un oggetto di temperatura inferiore a un oggetto di temperatura maggiore. Affinché ciò avvenga, è necessario fornire al sistema input di lavoro esterno. Questa è una spiegazione per uno dei fondamenti della seconda legge della termodinamica chiamata "enunciato di Clausius della seconda legge". Afferma che "è impossibile trasferire calore in un processo ciclico da bassa temperatura ad alta temperatura senza lavoro da una fonte esterna".

 Un esempio reale di questa affermazione sono i frigoriferi e pompe di calore. È anche noto che una macchina che non può convertire tutta l'energia fornita a un sistema non può essere convertita per funzionare con un'efficienza del 100 percento. Questo ci guida quindi alla seguente affermazione chiamata "Dichiarazione di Kelvin-Planck di seconda legge". L'affermazione è la seguente: "Non è possibile costruire un dispositivo (motore) funzionante in un ciclo che non produca alcun effetto diverso dall'estrazione di calore da un unico serbatoio e lo converta tutto in lavoro".

Matematicamente, l'affermazione di Kelvin-Planck può essere scritta come: Wcycle ≤ 0 (per un singolo serbatoio) Una macchina che può produrre lavoro in continuo prendendo calore da un singolo serbatoio di calore e convertendolo tutto in lavoro è chiamata macchina a moto perpetuo di il secondo tipo. Questa macchina viola direttamente l'affermazione di Kelvin-Planck. Quindi, per dirla in termini semplici, un sistema da produrre per funzionare in un ciclo deve interagire con due serbatoi termici a temperature diverse.

Quindi, in parole povere, la 2a legge della termodinamica elabora, quando la conversione dell'energia avviene da uno stato all'altro, l'entropia non diminuisce ma aumenta sempre indipendentemente all'interno di un sistema chiuso.

Terza legge della termodinamica

In parole povere, la terza legge afferma che l'entropia di un oggetto si avvicina a zero quando la temperatura assoluta si avvicina a zero (0K). Questa legge aiuta a trovare un punto di credenziale assoluto per ottenere l'entropia. Il 3^rd la legge della termodinamica ha 2 caratteristiche significative come segue.

Il segno dell'entropia di una particolare sostanza a qualsiasi temperatura superiore a 0K è riconosciuto come segno positivo e fornisce un punto di riferimento fisso per identificare l'entropia assoluta di qualsiasi sostanza specifica a qualsiasi temperatura.

Diverse misure di energia

ENERGIZZANTI

L'energia è definita come la capacità di lavorare. È una quantità scalare. Si misura in KJ in unità SI e Kcal in unità MKS. L'energia può avere molte forme.

FORME DI ENERGIA:

 L'energia può esistere in numerose forme come

• 1. Energia interna
• 2. Energia termica
• 3. Energia elettrica
• 4. Energia meccanica
• 5. Energia cinetica
• 6. Energia potenziale
• 7. Energia eolica e
• 8. Energia nucleare

Questo ulteriormente classificato in

(a) Energia immagazzinata e (b) Energia di transito.

Energia immagazzinata

La forma di energia immagazzinata può essere uno dei seguenti due tipi.

• Forme macroscopiche di energia: Energia potenziale ed energia cinetica.
• Forme microscopiche di energia: Energia interna.

Energia di transito

Energia di transito significa energia in transizione, sostanzialmente rappresentata dall'energia posseduta da un sistema in grado di varcare i confini

Calore:

 È una forma di trasferimento di energia che scorre tra due sistemi sotto la differenza di temperatura tra loro.

(a) Calorie (cal) È il calore necessario per aumentare la temperatura di 1 g di H2O di 1 ° C

(b) British Thermal Unit (BTU) È il calore necessario per aumentare la temperatura di 1 lb di H2O di 1 ° F

Lavoro:

Un'interazione energetica tra un sistema e l'ambiente circostante durante un processo può essere considerata come trasferimento di lavoro.

Entalpia:

Entalpia (H) definita come la somma delle energie interne del sistema e il prodotto della sua pressione, volume ed entalpia è una funzione di stato utilizzata nel campo dei sistemi fisici, meccanici e chimici a pressione costante, rappresentata in Joule (J) nel SI unità.

Relazione tra le unità di misura dell'energia (rispetto a Joule, J)

Tabella: tabella delle relazioni 

Maxwell's Relations

Le quattro relazioni di Maxwell più tradizionali sono le uguaglianze delle derivate seconde di ciascuna delle quattro prospettive termodinamiche, riguardanti le loro variabili meccaniche come Pressione (P) e Volume (V) più le loro variabili termiche come Temperatura (T) ed Entropia ( S).

Equazione: relazioni di Maxwell comuni

Conclusione

Questo articolo sulla termodinamica offre una panoramica delle leggi fondamentali, delle definizioni, delle relazioni delle equazioni e delle sue poche applicazioni, sebbene il contenuto sia breve, può essere utilizzato per quantificare molte incognite. La termodinamica trova il suo utilizzo in vari campi poiché alcune quantità sono più facili da misurare rispetto ad altre, sebbene questo argomento sia di per sé profondo, termodinamica è fondamentale, ei suoi affascinanti fenomeni ci danno una profonda comprensione del ruolo dell'energia in questo universo

Alcune domande relative al campo della termodinamica

Quali sono le applicazioni della termodinamica in ingegneria?

Esistono diverse applicazioni della termodinamica nella nostra vita quotidiana e nel campo dell'ingegneria. Le leggi della termodinamica sono intrinsecamente utilizzate nel settore automobilistico e aeronautico dell'ingegneria come nei motori IC e nelle turbine a gas nei rispettivi reparti. Trova applicazione anche in motori termici, pompe di calore, frigoriferi, centrali elettriche, condizionamento e altro seguendo i principi della termodinamica.

Perché la termodinamica è importante?

Ci sono vari contributi della termodinamica nella nostra vita quotidiana così come nel settore dell'ingegneria. I processi che avvengono naturalmente nella nostra vita quotidiana ricadono sotto la guida delle leggi termodinamiche. I concetti di trasferimento di calore e i sistemi termici nell'ambiente sono spiegati dalla termodinamica fondamentale motivo per cui l'argomento è molto importante per noi.

Quanto tempo ci vuole per congelare una bottiglia d'acqua a una temperatura di 32 ° F?

 In termini di una soluzione concettuale alla domanda data, la quantità di tempo necessaria per congelare una bottiglia d'acqua a una temperatura di 32F dipenderà dal punto di nucleazione dell'acqua che può essere definito come il punto in cui le molecole nel liquido vengono raccolti per trasformarsi in una struttura cristallina di solido dove l'acqua pura si congela a -39 ° C.

Altri fattori in considerazione sono il calore latente di fusione dell'acqua che è la quantità di energia richiesta per cambiare il suo stato, essenzialmente da liquido a solido o da solido a liquido. Il calore latente dell'acqua a 0 ° C per la fusione è di 334 joule per grammo.

Cos'è il rapporto di interruzione e come influisce sull'efficienza termica di un motore diesel?

Il rapporto di taglio è inversamente proporzionale al ciclo diesel poiché c'è un aumento dell'efficienza del rapporto di cut-off, c'è una diminuzione o una riduzione dell'efficienza di un motore diesel. Il rapporto di cut-off si basa sulla sua equazione in cui la corrispondenza del volume del cilindro prima e dopo la combustione è proporzionale tra loro.

Funziona come segue:

	Equazione 1: rapporto di cut-off

Cos'è uno stato stazionario in termodinamica?

Lo stato attuale di un sistema che contiene un flusso attraverso di esso nel tempo e le variabili di quel particolare processo rimangono costanti, quindi quello stato può essere definito come un sistema a stato stazionario in materia di termodinamica.

Quali sono gli esempi di confine fisso e confine mobile nel caso della termodinamica?

Un confine mobile o in altri termini, la massa di controllo è una certa classe di sistema in cui la materia non può muoversi attraverso il confine del sistema mentre il confine stesso agisce come un carattere flessibile che può espandersi o contrarsi senza consentire a nessuna massa di fluire dentro o fuori esso. Un semplice esempio di un sistema limite mobile nella termodinamica di base sarebbe un pistone in un motore IC in cui il limite si espande quando il pistone viene spostato mentre la massa del gas nel cilindro rimane costante consentendo di lavorare.

Considerando che nel caso di un confine fisso, non è consentito il lavoro in quanto mantengono il volume costante mentre la massa può fluire liberamente dentro e fuori nel sistema. Può anche essere chiamato processo di controllo del volume. Esempio: gas che esce da una bombola domestica collegata a una stufa mentre il volume è fisso.

 Quali sono le somiglianze e le differenze di calore e lavoro in termodinamica?

Analogie:

• ● Entrambe queste energie sono considerate come funzioni di percorso o quantità di processo.
• ● Sono anche differenziali inesatti.
• ● Entrambe le forme di energia non vengono immagazzinate e possono essere trasferite dentro e fuori dal sistema a seguito del fenomeno transitorio.

Dissomiglianze:

• ● Il flusso di calore in un sistema è sempre associato alla funzione di entropia, mentre non c'è trasferimento di entropia insieme al sistema di lavoro.
• ● Il calore non può essere convertito al cento per cento in lavoro, mentre il lavoro può essere convertito in calore al 100%.
• ● Il calore è considerato un significato di energia di bassa qualità, è facile convertire il calore in altre forme mentre il lavoro è energia di alta qualità.

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