Atomi és molekuláris reprezentációk
Fizikai állapot - a halmazállapot jellemzi bizonyos minőségi tulajdonságai: a képesség, vagy képtelenek fenntartani térfogatát és alakját, jelenléte vagy hiánya a hosszú távú és rövid távú rendezettséget, és mások. Megváltoztatása halmazállapotban kísérheti hirtelen változása a szabad energia, entrópia, sűrűsége és egyéb fizikai tulajdonságai a mag.
Három alapvető Államok aggregáció: szilárd test, folyadék és gáz. Néha ez nem teljesen helyes összesíteni államok rangsorban, mint a plazmában. Vannak még más állapotok az aggregáció, például folyadékkristályok vagy Bose - Einstein kondenzátum.
Meghatározása az aggregált államok nem mindig szigorú. Így vannak amorf testfolyadék rögzítőszerkezet és miután a kis folyékonyság és képes megtartani alakját; folyadékkristályok folyékonyak, de mutatnak egyes tulajdonságait a szilárd anyagok, különösen, lehet polarizálja átmenjen rajta elektromágneses sugárzást.
Fizikai állapot függ a fizikai feltételek, amelyek az anyag. A létezése Az anyag több államában aggregáció különbségek miatt a termikus mozgása annak molekulák (atomok) és azok kölcsönhatása különböző körülmények között.
Gáz - fizikai halmazállapot, amelyekben a részecskék nem jár, vagy nagyon gyengén kötött interakció erők; termikus kinetikus energiája a mozgás a részecskék (molekulák, atomok) lényegesen meghaladja a potenciális energia közötti kölcsönhatások őket, így a részecskék mozognak szinte szabadon, teljesen kitölti a hajó, ahol van, és vegye az alakját. Minden olyan anyag lehet alakítani gáznemű változtatásával nyomás és hőmérséklet.
Folyékony - fizikai halmazállapot közötti közbülső szilárd és gáz halmazállapotú. Jellemzője, hogy a magas mobilitás részecskék és kis tér van. Ez vezet az a tény, hogy a folyadék megtartják térfogata, és megteszi az alak a hajó. Ugyanakkor, a folyadék számos inherens tulajdonságaitól csak rá, amelyek közül az egyik - a folyóképességet.
A molekulák a folyadék helyezik nagyon közel vannak egymáshoz. Ezért, a sűrűsége a folyadék sokkal nagyobb sűrűségű gáz (normál nyomáson). folyadék tulajdonságai minden irányban azonos (izotróp), kivéve a folyadékkristályok.
Amikor felmelegített folyadék vagy csökkenő sűrűség tulajdonságok, termikus vezetőképesség, viszkozitás változást, jellemzően felé konvergencia gáz tulajdonságaira.
A termikus mozgás a folyadék molekulák kombinációjából áll a rezgőmozgás és kollektív előforduló időről időre ugrik az egyik molekula más helyzetekben az egyensúlyt.
Szilárdanyag - fizikai állapotát anyag, amelyet a méretstabilitás és jellege a termikus mozgás atomok. Ez a mozgás ingadozásokat okoz az atomok (vagy ionok) az, amely egy szilárd test. A rezgési amplitúdója általában kisebb, mint az atomi távolságokat.
Szerkezet szilárd változatos, de mégis, ezek elválaszthatók a kristályok és az amorf test.
A kristályok az atomok (vagy ionok) található, a térben a kristályrácsban, és swing körülöttük. Szigorú periodicitás a elrendezése az atomok vezet a megőrzése érdekében a nagy távolságok.
Amorf szilárd anyagot tartalmaznak oszcilláló véletlenszerűen elrendezett pontok. Az Amorf szilárd: ők izotróp, nem állandó olvadáspontja, van folyékonyság.
A kémiai kötés típusú szilárd anyagokat három osztályba sorolhatók, amelyek mindegyike jellemző a specifikus térbeli eloszlása elektronok: 1) ionos kristályok (NaCl, KaCl); 2) kovalens (gyémánt, Ge, Si); 3) fém.
A kristály szerkezete szilárd függ ható erők között az atomok és részecskék. Ugyanez képezhet különböző struktúrák - szürke és fehér ón, grafit és a gyémánt.
Polimorfizmus - Az a képesség, bizonyos anyagok létezhetnek különböző állapotok atomi-kristályos szerkezetű (kén, szilícium-dioxid több mint két polimorf).
Egykristályokban úgynevezett egységes kristályok formájában. A egyes tulajdonságait egykristályok anizotrop, azaz. E. függően irányt (mechanikai, optikai és elektromos). Természetes anizotrópia - jellegzetes kristályok; így például, ez könnyen lehasítható csillám lemez a vékony lemezek mentén bizonyos síkban (párhuzamos síkban az adhéziós erőt a részecskék közötti csillám legkisebb).
A szilárd test, amely egy nagy számú kis kristályok úgynevezett polikristályos. Polikristályos anyagok izotróp.
5) A kölcsönös közötti átmenetek aggregált állapotok
Változások a halmazállapotban egy termodinamikai folyamat, az úgynevezett fázisátalakulások. Megkülönböztetni a következő fajták: a szilárd anyag folyékony - olvadási; a folyadék gáz halmazállapotú - forralása és bepárlása; a szilárd halmazállapotú - szublimáció; a gáz-halmazállapotú, hogy folyékony vagy szilárd - kondenzációs; a folyadék szilárd - a kristályosodás. A megkülönböztető jegye az, hogy nincs éles határ átmenet a plazma állapot.
Az átmenet egyik állapotból a másikba, mint már említettük, a szükséges hő fejlődik, vagy felszívódik. Az átmenet sokkal rendezett szerkezetek egy kevésbé szabályos igényel beáramló hő kívülről az azonos mennyiségű hő szabadul fel a fordított átalakulás, ami felszívódik a közvetlen átmenet.
Amikor változások halmazállapot változás drasztikusan elektromos tulajdonságai az anyag. Így, ha a fém a szilárd vagy folyékony formában, - egy vezetőt, a pár fém - egy tipikus dielektromos.
6) A törvény az energiamegmaradás termikus folyamatok
A törvény az energiamegmaradás - az egyik alapvető természeti törvények. Mindenesetre természetes jelenség, az energia nem keletkezik, vagy tűnik el csak úgy. Egyszerűen halad egyik formából a másikba, és az értéke mindig megmarad.
A törvény az energiamegmaradás feltárja a fizikai értelmében a munka fogalmát.
Foglalkoztatás a gravitáció és a rugalmas erő, egyrészt, egyenlő a növekedés a kinetikus energia, és a másik oldalon, - csökken a potenciális energia a testek.
Következésképpen a munka egyenlő bekapcsolt állapotban egyik fajból a másikba.
A megmaradási törvénye teljes mechanikai energia magában foglaló folyamat rugalmas erő és a gravitációs erők egyik alapvető mechanika törvényeit. A tudás e törvény egyszerűsíti a számos probléma megoldását nagyon fontos a gyakorlati életben.
Mechanikai energia megmarad, nem minden a kölcsönható testek. A törvény a mechanikai energia megmaradás nem kerül sor, ha a szervek között működő súrlódás. Egy autó halad egy vízszintes útszakasz lekapcsolása után a motort és meghosszabbítja valamilyen módon befolyása alatt súrlódási erő leáll. A mozgási energia a transzlációs mozgása a jármű válik nullával egyenlő, és a potenciális energia nem növekszik. Ez azt jelenti, hogy a kinetikus energia a jármű eltűnt nyom nélkül?
A tapasztalat azt mutatja, hogy a mechanikai soha nem tűnik el teljesen, és soha nem fordul elő önmagában. Fékezés közben az autó fűtés a fékbetétek, gumik és az aszfalt. Következésképpen, ennek eredményeként a súrlódási erők a kinetikus energia az autó nem szűnt meg, és vált a belső energiája hőmozgás molekulák.
Ha az esetleges fizikai kölcsönhatás energia nem keletkezik, és nem tűnik el, hanem csak átalakul egyik formából a másikba.
7) visszafordíthatatlan termikus eljárások
Termodinamika első főtétele - a törvény az energiamegmaradás termikus folyamatok - kapcsolatot létesít a hőmennyiséget a Q, az így kapott rendszer változása # 916; U belső energia és a munka A tökéletes külső szervekkel.
A termodinamika első főtétele nem hoz létre az irányt termikus eljárások. A tapasztalat azonban azt mutatja, hogy sok termikus folyamatok történhetnek csak egy irányban. Az ilyen folyamatokat nevezik visszafordíthatatlan. Például, termikus kapcsolatban két test között, eltérő hőmérsékletű a hőáramlás mindig irányul a melegebb test egy hűvösebb. Ez soha megfigyelt spontán folyamat hőátadás a test egy alacsony hőmérsékletű, hogy egy testet magasabb hőmérsékleten. Következésképpen, a hőcserélő folyamat a végső hőmérséklet-különbség visszafordíthatatlan.
Eljárások úgynevezett reverzibilis átmenetek a rendszer egyik egyensúlyi állapotból a másikba, ami lehet elvégezni keresztül fordított irányban azonos szekvenciája közbenső egyensúlyi állapotok. Ebben az esetben a rendszer maga és a környező szervezet vissza az eredeti állapotába.
Az a folyamat, amely a rendszer mindig marad egy egyensúlyi állapotban, az úgynevezett kvázi-statikus. Minden kvázi-statikus folyamatok reverzibilisek. Minden reverzibilis folyamatok kvázi-statikus.
Folyamatai átalakítása mechanikai munka, hogy a belső energia a test irreverzíbilis, mivel a súrlódás, a diffúziós folyamatok gázok és folyadékok, gázok keverési folyamatok jelenlétében a kezdeti nyomás különbség, és így tovább. D. Minden valós folyamatok visszafordíthatatlan, de önkényesen szorosan megközelíti reverzibilis folyamatokat. Váltvaforgató folyamatok eszményítésével a tényleges folyamatok.
A termodinamika első főtétele nem tud különbséget tenni visszafordítható visszafordíthatatlan folyamatokat. Egyszerűen megköveteli, hogy bizonyos termodinamikai folyamat nem beszélnek az energiamérleg és a kijelentés, hogy egy ilyen folyamat lehetséges-e vagy sem. Az irány spontán lejátszódó folyamatok létrehozza a termodinamika második törvénye. Készítmény lehet formájában egy tilalmat bizonyos típusú termodinamikai folyamatokat.
8) Thermal gépek és használatuk
Az első ismert berendezés hajtja gőzzel, leírták Alexandria Heron első században. Gőz menekülő érintőlegesen fúvókák, fix a labdát, arra kényszerítve az utóbbi forog. A tényleges gőzturbina találták sokkal később, a középkori Egyiptomban, az arab filozófus, csillagász és mérnök a XVI században Taqi al-Din Muhammad (Eng.). Azt javasolta módszer trochanteren forgása által a gőz áramlását felé a penge foglalt a felni. Hasonló gépek javasolt 1629-ben egy olasz mérnök, Giovanni Branca forgató hengeres csap eszköz, amely felváltva emelt és felszabadítja pár pestles mozsárban. Gőzáramiás ezekben a korai gőzturbinák nem koncentrált, és a legtöbb energiát minden irányban szétszórja, ami jelentős energiaveszteség.
Ugyanakkor tovább kell fejleszteni a gőzgép szükséges gazdasági feltételeket, amelyek a motor fejlesztők is kihasználják az eredményeket. Ilyen körülmények között nem voltak sem az ókorban, sem a középkorban vagy a reneszánsz.
Csak a 17. század végén, gőzgépek létre egyetlen érdekessége.
Korai gőzgépek hívták elején „tűzoltóautók” és a „légköri” vagy „kondenzációs” motorjai Watt. Dolgoztak vákuum elven, ezért is nevezik „vákuum motor.” Ezek a gépek dolgoztak a meghajtó dugattyús szivattyúk, minden esetben, nincs bizonyíték arra, hogy ők használják fel más célra. Vákuum gőzgépek, annak ellenére, hogy a nyilvánvaló korlátai annak hatékonyságát, viszonylag biztonságos, használata az alacsony nyomású gőz, ami összhangban van az általános alacsony kazán technológiák a XVIII. Erőgépek korlátozott alacsony gőznyomása, méretű palackok, az égési sebességet és a víz elpárolgását a kazánban, és a kondenzátor méretét.
Ez az első alkalom szinte univerzális operációs gőzgépek létre Polzunov (1763) és D. Watt (1764).
Az építőiparban az első gőzgép volt a legfontosabb része minden ezt követő hő motorok: a fűtés, ami adómentes üzemanyag energia; gőz, mint a munkaközeg és a dugattyú a henger, konvertáló a belső energia a gőz mechanikai energiává; Cooler csökkentéséhez szükséges a hőmérséklet és a gőz nyomása.
Az első gőzgépek, természetesen komoly tervezési hibák. Például, a vágy, hogy a kazán olcsóbb és biztonságosabb, hogy a munka vezetett annak szükségességét, hogy az alacsony nyomású gőz, és hogy nagyobb üzemi hengerek kényszerül átmérője körülbelül 2 m egy lökete 3 m. Ennek megfelelően, a szükséges növekedés és az összes többi alkatrésszel. Így a víz motor Newcomen - Cowley magassága elérte a 4-5 emeletes épületben.
További javulást a gőzgép, a hőmérséklet növelésével és a gőznyomás jelentősen csökkent a méretük, és a nagyobb teljesítmény. Ez lehetővé tette, hogy használja gőzgépek hajókra (hajók) és a vasúti mozdonyok (gőzmozdonyok), valamint a helyhez kötött berendezések a meghajtó gép.
A fő hátránya a gőzgépek volt alacsony hatékonysága nem több mint 9%.
Között módszerek hatékonyságának növelése hőerőgép volt különösen eredményes. Ennek lényege abban áll, a csökkentés a hőveszteségek átadása a tüzelőanyag égési tér és fűtés a munkaközeg a hengerbe. Ennélfogva, a név eredete „belső égésű motor” (DIC). Természetesen, a legkényelmesebb üzemanyag gáz vagy folyékony belső égésű motorokhoz.
A belső égésű motor
Az első belső égésű motor hozta létre 1860-ban a francia mérnök E. Lenoir. Hatékonysága az első belső égésű motor 3,3% volt. Ugyanakkor az új motorok hamarosan jelentősen javult - használatát javasolták négyütemű belsőégésű motor ciklus: bevitel, tömörítés, égés és a terjeszkedés, kipufogó.
A fejlesztés az olajipar a késő XIX. Ez adta az új üzemanyagok - kerozin, benzin. A benzinmotor egy teljesebb égést az üzemanyag, mielőtt belépnének a hengerbe, akkor levegővel keveredik speciális keverők, porlasztók hívott. Légi benzin keveréket nevezzük éghető keveréket. A Dugattyús belső égésű motor fontos jellemzője meghatározó teljességét tüzelőanyag elégetését, és jelentősen befolyásolja a hatékonyságot érték, hogy a kompresszió mértéke az üzemanyag-keverék.
Ahhoz, hogy a hatékonyság növelése a belső égésű motor, német mérnök R. Diesel 1892-ben javasolta, hogy használják még nagyobb mértékben a munkaközeg kompressziós és expanziós állandó nyomáson. Modern dízelmotorok tömörítési arányt 16-21 és hatékonysága mintegy 40%.
Kísérletei gőzturbina versengeni képes a gőzmotor mid-XIX. Ezek sikertelenek voltak, mivel a forgatás a turbina mechanikai energiává tudja alakítani csak egy kis része a kinetikus energia gőzborotvával.
Az első gőzturbina, amely talált gyakorlati alkalmazását készült svéd mérnök Laval 1889, ereje volt, kevesebb, mint 4 kW amelynek a forgórész sebessége 500 ford / mp. Hatékonyság a modern gőzturbinák eléri a 40%. Ezért az elektromos generátorok hő- és atomerőművek gőzturbina hajtja. Gőzturbina motorok széles körben használják a vízi közlekedés. Alkalmazásuk a szárazföldi közlekedés és különösen a légi megakadályozza, hogy szükség lenne egy kemencében, és a kazán gőzt, és nagy mennyiségű víz alkalmazása munkaközeg.
Az az elképzelés, a megszüntetése a kemencébe, és a kazán a turbina a hőerőgép által égésekor a dolgozó szervezet hosszú ideig lakott a tervezők. De a fejlődés a belső égésű turbina, amelyben a gőz nem munkafolyadékkal, és a bővülő légi melegítés, hiánya akadályozta az anyagok, amelyek képesek működő hosszú ideig, magas hőmérsékleten és nagy mechanikai terhelés. Hatékonysága gázturbinák 25-30%. Tart háromszor kevesebb helyet foglal, mint egy dízelmotor azonos kapacitású, és annak fajsúlyát (az arány a súly teljesítmény) 6-9-szor kisebb, mint a repülés dugattyús motor. Tömörsége és gyorsaságát együtt nagy teljesítményű egységnyi tömeg határozza meg az első fontos gyakorlati alkalmazása terén gázturbina motorok - repülőgép.
9) kapcsolódó környezeti problémák használatával