Alapfogalmak és termodinamika - studopediya
Az ág a fizika, hogy tanulmányozza a termikus jelenségek makroszkopikus testek szempontjából lezajló folyamatok őket egymásba hő és egyéb energia hívják termodinamika. Termodinamika nem vonatkozik microprocesses mögöttes ezekhez az átalakításokhoz. Ez a termodinamikai jelenségek kutatási módszer azzal jellemezve, hogy a molekuláris kinetikai fent tárgyalt, vagy statisztikai módszer.
A szerv vagy szervek több hagyományosan izolálhatjuk a környezet számára kényelmesebb vizsgálat folyamatok előforduló nekik, hogy képes kommunikálni egymással és a külső környezet és az energia nevű anyag termodinamikai rendszer. Klasszikus termodinamika előnyösen úgy véli izolált rendszerek, azaz a rendszerek, amelyek nem cserélnek energiát a környezetet. Állandó környezeti feltételeket egy zárt rendszerben, egyensúlyi állapot, amelyben a rendszer makro paramétereket (hőmérséklet, nyomás, térfogat) állandó marad, amíg a kívánt. Például egy tartalmazott gáz egy zárt edényben, állandó térfogatú, és egy egyenletesen elosztott nyomás és hőmérséklet fenntartásához ebben az állapotban a végtelenségig; folyadékot zárt edényben, állandó hőmérsékleten megtartja az egyensúlyi állapot és annak felülete kialakítva a telített gőz. Elszigetelt rendszer nem egyensúlyi állapotban spontán megy egyensúlyát. rendszer átmenet az egyik állapotból a másikba megy végbe egy sor köztes állapotok, az úgynevezett termodinamikai PROTSES-Kir. Például, ha az elején a hőmérséklet és a nyomás a gáz térfogatát egyenletesen elosztva, akkor idővel ezek önálló önkényesen kiegyenlített minden részében. A folyamat, amely
Ez spontán előfordulhat az előre és hátra irányban, az úgynevezett reverzibilis. Egy reverzibilis folyamat áll az egymást követő egyensúlyi állapotok. Ilyen eljárást idealizált. Ahhoz, hogy ez a megközelítés lezajló folyamatok olyan lassan, hogy mind a köztes állapotok elég időnk, hogy megközelítse egyensúlyt. Ezek a folyamatok nevezzük kvázisztatikus és ezek közé tartoznak, például, az összes folyamat lassan halad elég sűrítés, expanzió, fűtés, és a hűtőgáz. Úgynevezett irreverzibilis folyamat, amelyben legalább egy közbenső állapot nincs egyensúlyi állapotban, és a folyamat nem hajtható végre a fordított irányban keresztül ugyanazt a köztes állapotban. Ez irreverzibilis, mint például a gyors folyamatok előforduló sűrítés, expanzió, fűtés, és a hűtőgáz. A természet a folyamatok visszafordíthatatlan gáz tágulása nagy vákuumban, a kölcsönös diffúziója gázok (vagy bármely anyag), átviteli TEP sok hővezetéssel és mások.
két törvény (történelmileg úgynevezett elején) hazugság alapján termodinamika, amely, mint a törvény az energiamegmaradás, foglalta össze az évszázados tapasztalat a munkaerőpiaci aktivitás. Az első rész indul mennyiségi viszonyok átalakítására hő mechanikai munka (vagy más energia). A második alapelv jelzi az irányt a megfelelő folyamatok. A termodinamika első főtétele van írva differenciális formában és olvasni kezdte: az átadott hőmennyiség, hogy a rendszer, van egy változás a belső energia és a munkát, amelyet a rendszer a külső erők. A termodinamika első főtétele lényegében a törvény megőrzése és átalakítása energia termodinamikai folyamatot. A belső energia a test (rendszer) - az energia a test (rendszer), ami attól függ, csak a belső állapotát. Mivel a molekuláris kinetikai szempontból, a belső energia az összege a kinetikus energiáját az egyes molekulák, és a kölcsönhatási energia közöttük. A változás a belső energia dU független a folyamat paraméterek határozzák meg, és a kezdeti és a végső állapotban; és ez attól függ, hogy a szemközti átmenet a kezdeti, hogy a végső állapot.
Összesen munkát végez a gáz (rendszer) határozza meg
integrálással :. Az eredmény az integráció
jellegétől függ közötti kapcsolat gáz nyomás és térfogat. Jelenleg négy fő folyamat állapotváltozásokat az ideális gáz: izochor, izobár, izoterm és adiabatikus.
Energiatakarékossági törvény állapítja interconvertibility különböző formákban, de nem jelenti azt, hogy van-e egyidejűleg olyan kedvezményes orientáció. A tapasztalat azt mutatja, hogy a természetes folyamatok, mint irányban létezik. Például, bármely fajta energia haladhat spontán és teljesen hővé, míg a hő lehet alakítani más energiát csak gép, berendezés, azaz a megfelelő változtatások a környező szervek, és nem teljesen, mivel a folyamat, transzformáció, társított az elkerülhetetlen veszteség része a hő, amely át a környező szervek. A hőcserélő hőt spontán át csak a szervek magasabb hőmérsékleten, hogy a szervek alacsonyabb hőmérsékleten (a termodinamika második törvénye). Annak érdekében, hogy hatása a hő átmenet kevésbé melegítjük több fűtött test, amint az, például a hűtőszekrények, szükségessé meglehetősen komplex folyamatok esetén, ahol az szükséges, hogy fordítsuk extra energiát.
Hőerőgép egy olyan eszköz, amely a. belső energiája üzemanyag alakul mechanikai munkává.
Tekintettel a termodinamika második törvénye, sematikus hűtő és hő gépek is képviselteti ábrán látható. 1 a>.
Egy példa a hőfokot gép van hőerőművek, ahol a belső energia az olaj, a szén és a gáz előre forgatjuk mechanikai munkává, ami miatt az elektromos energia keletkezik. Ahogy termoakkumulyatorov (hűtőfolyadékok) a hőcserélő használatra tégla vagy kő kemence, melegített víz felmelegítése a homok és egyéb anyagok.
A tapasztalat azt is mutatja, hogy minél magasabb a hőmérséklet képest a hőmérséklet a hűtőfolyadék a test körülvevő szerveket, a könnyebben és kevesebb veszteséget lehet transzformálni bennük hő más energiaformák, és a hatékonysága hőerőgépek tényező a következőképpen fejezhető ki:, hogy az ideális termodinamikai folyamatot Carnot ciklus: ahol - a hőmérséklet a fűtés, és - a hűtőszekrény hőmérsékletét hőerőgép. Az is ismeretes, hogy a gyakorlatilag nem lehet átalakíthatjuk más formájú energia hő eloszlású (szórt) szervei közötti egyenletes, viszonylag alacsony hőmérsékleten. A hő az emberi haszontalan, mint például a hatalmas mennyiségű hő, amely a víz a tengerek, óceánok hőmérsékleten csak kis mértékben különbözik a hőmérséklete a környező szervek. A funkciók-ségeitől fokos „hasznosság” hő ebben a tekintetben, valamint a társ-mennyiségi értékeléséhez az elkerülhetetlen veszteségeket az átalakítás hő rendszerben lévő szervezet, munkahelyi vagy más típusú energia felhasználás összeget. úgynevezett entrópia.
A változás az entrópiában meghatározza reverzibilis vagy irreverzibilis folyamatok zajlanak egy elszigetelt rendszerben. Tehát nem a hőmennyiség és az entrópia változatlan marad reverzibilis folyamatok izolált rendszer: = const = 0. és minden valós folyamatokat fellelhető gázokat elég gyors, nem beszélve a termodinamikai folyamatokat energia veszteség visszafordíthatatlan, és ezért jár ahol nőtt a entrópia> 0.
Így az entrópia lehet tekinteni, mint az intézkedés a termodinamikai valószínűsége, hogy a rendszer állapotát és a növekedés entrópia a rendszer olyan átmenet, annál kevésbé valószínű egy jóval valószínűbb állapotban.
Az első két termodinamika elegendő információt
a viselkedését termodinamikai rendszerek nulla Kelvin. Ezeket egészíti ki a harmadik főtétele, vagy a tétel a Nernst-Planck: az entrópia valamennyi szerv egyensúlyi nullához, mint a hőmérséklet nullához közelít Kelvin
Az átadás a belső energia egyik testből a másikba anélkül, hogy a munka az úgynevezett hőátadás (vagy hőátadás). Hőátadás végezzük folyamatok előforduló molekuláris szinten, különösen a hővezetés és hősugárzás. A hőátadás a hővezetés között lép fel minden olyan szervek - szilárd, folyékony vagy gáz halmazállapotú, az azonos vagy különböző jellegű, közvetlen érintkezés útján vagy bármely köztes közepes-nek, de nem a vákuum, amelyben szemcsés anyag nem. Ez a jelenség a természetben egyetemes, mint a termikus mozgás a részecskéket. hő hővezetéssel engedelmeskedik Fourier-törvény: az a hőmennyiség, múló időegység. hozott belsejében keresztül a betéten testet. merőleges a terjedési irányát hő arányában időben. terület és a hőmérséklet gradiens iránya mentén megfontolás alatt:
ahol - a hővezetési együtthatója.
A hővezető különböző anyagok nagyon különböző Shiro-cal korlátokat. Ezek a legalacsonyabb hővezető gázokkal, különösen levegőben. Anyagok, amelyek alacsony hővezető szigetelő hívást. Ezek közé tartozik elsősorban a porózus anyag tartalmú levegő (parafa, gyapjú, nemez, stb) A hővezető emberi test szöveteiben különböző. A testrészeket folyékony (intersticiális folyadék, vérplazma és mások.) Közel van a hővezető víz. A hővezető sűrű szövet sokkal alacsonyabb, különösen a zsírszövetben, és a külső szaruréteg a bőr. A bőr és a bőr alatti zsír, hogy a test hőszigetelő réteg.
Az alábbiakban a hővezető képessége szobahőmérsékleten W / (m K): a levegő -; nitrogén -;
oxigén -; szén-dioxid -; Papír -; fa -0,6; tégla - 0,7; réz - 391; Alumínium - 209; ezüst - 418,7.
A hőátadás hővezetés is folyékony és gáznemű közegek, nagymértékben felgyorsult kölcsönös mozgása (keverés közben) tömeg a felmelegített és hideg környezetben. Ezt a jelenséget nevezik a hőátadás a konvekció. Amikor a természetes konvekció a közeg közötti relatív mozgás a részecskék miatt előfordul, hogy a különböző sűrűségek: hevített részecskék könnyebben felemelte, hideg réteg le a helyükön. Hőátadás a konvekció nagyon gyakori a természetben, és széles körben használják az ember a különböző háztartási eszközöket. Konvekcióval, például jelentősen felgyorsult főzőedény egy egyoldalú melegítés, a hőmérsékletet igazítva a terek fűtött kemencék vagy a központi fűtés radiátorok. Kényszerített konvekciós vagy víz cirkulációs berendezésben használt víz a központi fűtési házak és más.
Hőátadás sugárzás útján történhet mind köztes valós környezetben, ha az átlátszó sugárzás és a vákuumot. Hősugárzás közös minden szervek kivétel nélkül, és a hőmérséklet eltérő abszolút nulla, összhangban Planck törvénye.