Mga tala ng Thermodynamics | Lahat ng ito ay mahalagang mga konsepto at 3 batas

Mga Tala ng Thermodynamics

Thermodynamics: Ang sangay ng pisika at agham na tumatalakay sa ugnayan sa pagitan ng init at iba pang mga anyo ng enerhiya na maaaring mailipat mula sa isang anyo at lugar patungo sa isa pa ay maaaring tukuyin bilang thermodynamics. Ang ilang mga term na malalaman tungkol sa kapag sumusuri sa mga thermodynamics ay maaaring mas maintindihan sa pamamagitan ng pagsunod sa term.

Init

Ang init ay isang uri ng enerhiya, ang paglipat ng enerhiya mula sa isang katawan patungo sa iba pa ay nangyayari dahil sa pagkakaiba ng temperatura at daloy ng init-enerhiya mula sa isang mainit na katawan patungo sa isang malamig na katawan, upang gawing thermal equilibrium at gumaganap ng isang kritikal na papel sa prinsipyo ng thermodynamics.

Trabaho

Ang isang panlabas na puwersa na inilapat sa direksyon ng pag-aalis na nagbibigay-daan sa bagay na ilipat ang isang partikular na distansya ay sumasailalim sa isang tiyak na paglipat ng enerhiya na maaaring tukuyin bilang gawain sa mga libro ng pisika o agham. Sa mga termino sa matematika, ang trabaho ay maaaring mailarawan bilang ang puwersang inilapat na pinarami ng sakop na distansya. Kung ang pag-aalis ay kasangkot sa isang anggulo Θ kapag ang lakas ay ipinataw, pagkatapos ang equation ay maaaring:

W = fs

W = fscosӨ

Saan,

 f = puwersang inilapat

s = sakop ang distansya

Ө = anggulo ng pag-aalis

Ang Thermodynamics ay isang napakahalagang aspeto ng ating pang-araw-araw na buhay. Sumusunod sila sa isang hanay ng mga batas na susundin kapag inilalapat sa mga tuntunin ng pisika.

Batas ng thermodynamics

Ang Uniberso, kahit na ito ay tinukoy ng maraming mga batas, kakaunti lamang ang malalakas. Ang mga batas ng thermodynamics bilang isang disiplina ay formulated at binuksan ang mga paraan sa maraming iba pang mga phenomena na nag-iiba mula sa mga ref, sa kimika at higit sa proseso ng buhay.

Ang apat na pangunahing mga batas ng thermodynamics ay isinasaalang-alang ang mga empirical na katotohanan at binibigyang kahulugan ang mga pisikal na dami, tulad ng temperatura, init, gawaing thermodynamic, at entropy, na tumutukoy sa mga pagpapatakbo ng thermodynamic at mga system sa thermodynamic equilibrium. Ipinapaliwanag nila ang mga link sa pagitan ng mga dami na ito. Bukod sa kanilang aplikasyon sa thermodynamics, ang mga batas ay may integrative application sa iba pang mga sangay ng agham. Sa thermodynamics, ang isang 'System' ay maaaring isang metal block o isang lalagyan na may tubig, o kahit na ang ating katawan ng tao, at lahat ng iba pa ay tinatawag na 'Surroundings'.

Ang walath batas ng thermodynamics sinusunod ang palipat na pag-aari ng pangunahing matematika na kung ang isang dalawang mga sistema ay nasa thermal equilibrium na may isang 3rd system, kung gayon ang mga ito ay nasa estado ng thermal equilibrium sa bawat isa din.

Ang mga pangunahing konsepto na kailangang masakop upang maunawaan ang mga batas ng thermodynamics ay ang system at paligid.

Sistema at Mga Kapaligiran

Ang koleksyon ng isang partikular na hanay ng mga item na tinukoy o isinasama namin (isang bagay na maliit ng isang atom sa isang bagay na kasing laki ng solar system) ay maaaring tawaging isang sistema samantalang ang lahat na hindi nahuhulog sa ilalim ng system ay maaaring isaalang-alang bilang mga paligid at ang dalawang konsepto ay pinaghihiwalay ng isang hangganan.

Halimbawa, ang kape sa isang prasko ay isinasaalang-alang bilang isang sistema at paligid na may isang hangganan.

Mahalaga, ang isang sistema ay binubuo ng tatlong mga uri lalo, binuksan, sarado, at nakahiwalay.

tala ng thermodynamics
Larawan: Sistema at Mga Kapaligiran sa thermodynamics

Mga equation na thermodynamics

Ang mga equation na nabuo sa thermodynamics ay isang matematikal na representasyon ng prinsipyong thermodynamic na napailalim sa gawaing mekanikal sa anyo ng mga ekspresyon na pantay.

Ang iba't ibang mga equation na nabuo sa mga batas at pag-andar na thermodynamic ay ang mga sumusunod:

● ΔU = q + w (unang batas ng TD)

● ΔU = Uf - Ui (panloob na enerhiya)

● q = m Cs ΔT (init / g)

● w = -PextΔV (trabaho)

● H = U + PV

ΔH = ΔU + PΔV

ΔU = ΔH - PΔV

ΔU = ΔH - ΔnRT (maligaya sa panloob na enerhiya)

● S = k ln Ω (pangalawang batas sa pormula ng Boltzman)

● ΔSrxn ° = ΣnS ° (mga produkto) - ΣnS ° (mga reactant) (pangatlong batas)

● ΔG = ΔH - TΔS (libreng enerhiya)

Unang batas ng thermodynamics

ang 1st batas ng thermodynamics na idetalye na kapag ang enerhiya (tulad ng trabaho, init, o bagay) ay nagdadala o lumabas ng isang sistema, ang panloob na enerhiya ng system ay magbabago alinsunod sa batas ng pag-iimbak ng enerhiya (na nangangahulugang ang enerhiya ay hindi maaaring malikha o masira at maaari lamang mailipat o ma-convert mula sa isang form patungo sa isa pa), ibig sabihin, panghabang-buhay na makina ng paggalaw ng 1st mabait (isang makina na talagang gumagana nang walang lakas i / p) ay hindi maaabot.

Halimbawa, ang pag-iilaw ng isang bombilya ay isang batas ng enerhiya na elektrikal na na-convert na ilaw na enerhiya na talagang nag-iilaw at ilang bahagi ay mawawala bilang enerhiya ng init.

 ΔU = q + w

  • Ang ΔU ay ang kabuuang pagbabago ng panloob na enerhiya ng isang system.
  • Ang q ay ang paglipat ng init sa pagitan ng isang system at mga paligid nito.
  • w ang gawaing ginagawa ng system.
Mga tala ng Thermodynamics | Lahat ng ito ay mahalagang mga konsepto at 3 batas
Mga tala ng Thermodynamics: Unang batas ng Thermodynamics

Pangalawang batas ng thermodynamics

Ang pangalawang batas ng thermodynamics ay tumutukoy sa isang mahalagang pag-aari ng isang system na tinatawag na entropy. Ang entropy ng sansinukob ay palaging pagtaas at matematika na kinakatawan bilang ΔSuniv> 0 kung saan ang ΔSuniv ay ang pagbabago sa entropy ng uniberso.

Entropy

Ang Entropy ay ang pagsukat ng randomness ng system o ito ang sukat ng enerhiya o kaguluhan sa isang nakahiwalay na system, maaari itong isipin bilang isang dami ng indeks na naglalarawan sa pag-uuri ng enerhiya.

Ang pangalawang batas ay nagbibigay din ng pinakamataas na limitasyon ng kahusayan ng mga system at ang direksyon ng proseso. Ito ay isang pangunahing konsepto na ang init ay hindi dumadaloy mula sa isang bagay ng mas mababang temperatura sa isang bagay na mas malaki ang temperatura. Upang mangyari iyon, at ang panlabas na input ng trabaho ay dapat na maibigay sa system. Ito ay isang paliwanag para sa isa sa mga pangunahing kaalaman ng pangalawang batas ng thermodynamics na tinawag na "Clausius statement of second law". Nakasaad dito na "Imposibleng mailipat ang init sa isang proseso ng paikot mula sa mababang temperatura hanggang sa mataas na temperatura nang walang trabaho mula sa isang panlabas na mapagkukunan".

Mga tala ng Thermodynamics | Lahat ng ito ay mahalagang mga konsepto at 3 batas
Larawan: Pangalawang batas ng thermodynamics Pinagmulan ng imahe: NASA

 Ang isang halimbawa ng totoong buhay ng pahayag na ito ay ang mga refrigerator at heat pump. Alam din na ang isang makina na hindi ma-convert ang lahat ng enerhiya na ibinibigay sa isang system ay hindi maaaring i-convert upang gumana sa isang kahusayan na 100 porsyento. Pagkatapos ay gagabay ito sa amin sa sumusunod na pahayag na tinawag na "pahayag ni Kelvin-Planck ng pangalawang batas". Ang pahayag ay ang sumusunod

Sa matematikal, ang pahayag ng Kelvin-Planck ay maaaring nakasulat bilang: Wicycle ≤ 0 (para sa isang solong reservoir) Ang isang makina na maaaring magpatuloy na makagawa ng trabaho sa pamamagitan ng pagkuha ng init mula sa isang solong reservoir ng init at pag-convert sa lahat ng ito sa trabaho ay tinatawag na isang walang hanggang paggalaw machine ang pangalawang uri. Ang makina na ito ay direktang lumalabag sa pahayag ng Kelvin-Planck. Kaya, upang ilagay ito sa simpleng mga termino, para makagawa ang isang system upang gumana sa isang pag-ikot kailangan itong makipag-ugnay sa dalawang mga thermal reservoir sa iba't ibang mga temperatura.

Kaya, sa termino ng layman ang ika-2 batas ng thermodynamics ay nagpapaliwanag, kapag nangyari ang pag-convert ng enerhiya mula sa isa patungo sa iba pang estado, ang entropy ay hindi mababawasan ngunit palaging tataas anuman ang loob ng isang closed-system.

Pangatlong batas ng thermodynamics

Sa mga tuntunin ng layman, ang pangatlong batas ay nagsasaad na ang entropy ng isang bagay ay papalapit sa zero habang ang ganap na temperatura ay lumalapit sa zero (0K). Ang batas na ito ay tumutulong na makahanap ng isang ganap na punto ng kredensyal upang makuha ang entropy. Ang 3rd batas ng thermodynamics ay may 2 makabuluhang katangian tulad ng mga sumusunod.

Ang pag-sign ng entropy ng anumang partikular na sangkap sa anumang temperatura sa itaas ng 0K ay kinikilala bilang positibong pag-sign, at nagbibigay ito ng isang nakapirming reference-point upang makilala ang absolute-entropy ng anumang tiyak na sangkap sa anumang temp.

Mga tala ng Thermodynamics | Lahat ng ito ay mahalagang mga konsepto at 3 batas
Larawan: Ts diagram Pinagmulan ng imahe: Karaniwan ang Wikipedia

Iba't ibang mga sukat ng enerhiya

Enerhiya

Ang enerhiya ay tinukoy bilang ang kakayahang gumawa ng trabaho. Ito ay isang dami ng skalar. Sinusukat ito sa KJ sa mga yunit ng SI at Kcal sa mga yunit ng MKS. Ang enerhiya ay maaaring magkaroon ng maraming anyo.

ANYO NG ENERGY:

 Ang enerhiya ay maaaring umiiral sa maraming mga form tulad ng

  • 1. Panloob na enerhiya
  • 2. Thermal na enerhiya
  • 3. Enerhiya ng elektrisidad
  • 4. Mekanikal na enerhiya
  • 5. Kinetic energy
  • 6. Potensyal na enerhiya
  • 7. lakas ng hangin at
  • 8. Nuclear na enerhiya

Ang karagdagang ito ay ikinategorya sa

(a) Itinago na enerhiya at (b) Enerhiya ng paglipat.

Nakaimbak na Enerhiya

Ang nakaimbak na anyo ng enerhiya ay maaaring alinman sa mga sumusunod na dalawang uri.

  • Mga macroscopic form ng enerhiya: Potensyal na enerhiya at lakas na gumagalaw.
  • Mga mikroskopikong anyo ng enerhiya: Panloob na enerhiya.

Enerhiya ng Transit

Ang Transit na enerhiya ay nangangahulugang enerhiya sa paglipat, karaniwang kinakatawan ng enerhiya na nagmamay-ari ng isang system na may kakayahang tumawid sa mga hangganan

Heat:

 Ito ay isang paraan ng paglipat ng enerhiya na dumadaloy sa pagitan ng dalawang mga sistema sa ilalim ng pagkakaiba sa temperatura sa pagitan nila.

(a) Calorie (cal) Ito ang init na kinakailangan upang itaas ang temperatura ng 1 g ng H2O ng 1 deg C

(b) British thermal unit (BTU) Ito ang init na kinakailangan upang itaas ang temperatura ng 1 lb ng H2O ng 1 deg F

Trabaho:

Ang isang pakikipag-ugnayan sa enerhiya sa pagitan ng isang sistema at mga paligid nito sa panahon ng isang proseso ay maaaring ituring bilang paglilipat ng trabaho.

Entalpy:

Entalpy (H) tinukoy bilang ang buod ng panloob na enerhiya ng system at ang produkto ng presyon at dami at entalpy ay isang pagpapaandar ng estado na ginagamit sa larangan ng, pisikal, mekanikal, at mga kemikal na sistema sa isang pare-pareho na presyon, na kinakatawan sa Joules (J) sa SI mga yunit.

Relasyon sa pagitan ng mga yunit ng pagsukat ng enerhiya (na may paggalang kay Joules, J)

YunitKatumbas ng
1eV1.1602 x 10-19 J
1 pulgada4.184 J
1 BTU1.055 kJ
1 W1 J / sec

Talahanayan: Talahanayan ng kaugnayan 

Mga Relasyon ni Maxwell

Ang apat na pinaka tradisyunal na ugnayan ng Maxwell ay ang mga pagkakapantay-pantay ng pangalawang derivatives ng bawat isa sa apat na pananaw na termodynamic, patungkol sa kanilang mga mekanikal na variable tulad ng Pressure (P) at Volume (V) kasama ang kanilang mga thermal variable tulad ng Temperature (T) at Entropy ( S).

Mga tala ng Thermodynamics | Lahat ng ito ay mahalagang mga konsepto at 3 batas

Equation: karaniwang Mga Relasyong Maxwell

Konklusyon

Ang artikulong ito sa Thermodynamics ay nagbibigay sa iyo ng isang sulyap sa mga pangunahing batas, kahulugan, relasyon sa mga equation, at ilang mga application nito, kahit na maikli ang nilalaman, maaari itong magamit upang mabilang ang maraming hindi alam. Nahanap ng Thermodynamics ang paggamit nito sa iba't ibang larangan dahil ang ilang dami ay mas madaling sukatin kaysa sa iba, kahit na ang paksang ito ay malalim sa pamamagitan ng kanyang sarili, thermodynamics mahalaga, at ang mga kamangha-manghang phenomena ay nagbibigay sa atin ng malalim na pag-unawa sa papel na ginagampanan ng enerhiya sa sansinukob na ito

Ang ilang mga katanungan na nauugnay sa larangan ng Thermodynamics

Ano ang mga aplikasyon ng thermodynamics sa engineering?

Mayroong maraming mga application ng thermodynamics sa aming pang-araw-araw na buhay pati na rin sa domain ng engineering. Ang mga batas ng thermodynamics ay intrinsically ginagamit sa sasakyan at sa sektor ng aeronautical ng engineering tulad ng sa IC engine at gas turbines sa kani-kanilang kagawaran. Inilapat din ito sa mga heat engine, heat pump, ref, ref, power plant, aircon, at higit pa sa pagsunod sa mga prinsipyo ng thermodynamics.

Bakit mahalaga ang thermodynamics?

Mayroong iba't ibang mga kontribusyon ng thermodynamics sa aming pang-araw-araw na buhay pati na rin sa sektor ng engineering. Ang mga proseso na natural na nagaganap sa ating pang-araw-araw na buhay ay napupunta sa ilalim ng patnubay ng mga batas na thermodynamic. Ang mga konsepto ng paglipat ng init at mga sistemang pang-init sa kapaligiran ay ipinaliwanag ng pangunahing termodinamiko na dahilan kung bakit ang paksa ay napakahalaga sa amin.

Gaano katagal aabutin ng isang bote ng tubig upang mag-freeze habang nasa temperatura na 32˚F?

 Sa mga tuntunin ng isang haka-haka na solusyon sa naibigay na katanungan, ang dami ng oras na ginugol upang magyeyelo ng isang bote ng tubig sa temperatura na 32F ay depende sa puntong nukleo ng tubig na maaaring tukuyin bilang punto kung saan ang mga molekula sa likido ay natipon upang gawing isang kristal na istraktura ng solid kung saan ang purong tubig ay mag-freeze sa -39C.

Ang iba pang mga kadahilanan na isinasaalang-alang ay ang tago init ng pagsasanib ng tubig na kung saan ay ang halaga ng enerhiya na kinakailangan upang baguhin ang estado nito, mahalagang likido sa solid o solid sa likido. Ang nakatagong init ng tubig sa 0C para sa pagsasanib ay 334 joules bawat gramo.

Ano ang cut-off ratio at paano ito nakakaapekto sa thermal efficiency ng isang diesel engine?

Ang cut off ratio ay baligtad na proporsyonal sa cycle ng diesel dahil mayroong pagtaas sa kahusayan ng cut-off ratio, mayroong pagbawas o pagbawas sa kahusayan ng isang diesel engine. Ang ratio ng cut-off ay batay sa equation nito kung saan ang pagsulat ng dami ng silindro bago at pagkatapos ng pagkasunog ay proporsyon sa bawat isa.

Pupunta ito tulad ng sumusunod:

 
Mga tala ng Thermodynamics | Lahat ng ito ay mahalagang mga konsepto at 3 batas
 Equation 1: Cut-Off Ratio

Ano ang isang matatag na estado sa thermodynamics?

Ang kasalukuyang estado ng isang system na naglalaman ng isang daloy sa pamamagitan nito sa paglipas ng panahon at ang mga variable ng partikular na proseso ay mananatiling pare-pareho, kung gayon ang estado na iyon ay maaaring tukuyin bilang isang matatag na sistema ng estado sa paksa ng thermodynamics.

Ano ang mga halimbawa ng nakapirming hangganan at palipat-lipat na hangganan sa kaso ng thermodynamics?

Ang isang maililipat na hangganan o sa ibang mga term, ang control mass ay isang tiyak na klase ng system kung saan ang bagay ay hindi maaaring ilipat sa buong hangganan ng system habang ang hangganan mismo ay kumikilos bilang isang nababaluktot na tauhan na maaaring mapalawak o makakontrata nang hindi pinapayagan ang anumang masa na dumaloy sa o labas ng ito Ang isang simpleng halimbawa ng isang maililipat na sistema ng hangganan sa pangunahing mga termodinamika ay magiging isang piston sa isang makina ng IC kung saan lumalawak ang hangganan habang ang piston ay nawala habang ang masa ng gas sa silindro ay nananatiling patuloy na nagpapahintulot sa trabaho na magawa.

Mga tala ng Thermodynamics | Lahat ng ito ay mahalagang mga konsepto at 3 batas
Larawan: Kilusan ng piston

Samantalang sa kaso ng isang nakapirming hangganan, walang pinahihintulutang trabaho dahil pinapanatili nila ang dami ng pare-pareho habang ang masa ay pinapayagan na dumaloy sa at labas ng system. Maaari din itong tawaging proseso ng dami ng kontrol. Halimbawa: gas na dumadaloy mula sa isang silindro ng sambahayan na konektado sa isang kalan habang ang dami ay naayos.

 Ano ang mga pagkakatulad at hindi pagkakapareho ng init at pagtatrabaho sa thermodynamics?

Pagkakatulad:

  • ● Parehong mga energies na ito ay isinasaalang-alang bilang mga pagpapaandar sa landas o dami ng proseso.
  • ● Ang mga ito rin ay hindi eksaktong pagkakaiba.
  • ● Parehong ang anyo ng mga enerhiya ay hindi nakaimbak at maaaring mailipat sa at labas ng system kasunod ng pansamantalang kababalaghan.

Hindi pagkakapareho:

  • ● Ang daloy ng init sa isang system ay palaging nauugnay sa pagpapaandar ng entropy samantalang walang paglipat ng entropy kasama ang system ng trabaho.
  • ● Ang init ay hindi maaaring gawing isang daang porsyento sa trabaho, habang ang trabaho ay maaaring gawing init na 100%.
  • ● Ang init ay isinasaalang-alang bilang isang mababang antas na kahulugan ng enerhiya, madali itong i-convert ang init sa ibang mga form habang ang trabaho ay mataas na grade na enerhiya.


Upang matuto nang higit pa sa mga paksa sa mekanikal at Thermal pindutin dito!

Tungkol kay Shakthivel Bhaskar

Mga tala ng Thermodynamics | Lahat ng ito ay mahalagang mga konsepto at 3 batasAng pangalan ko ay Shakthivel Bhaskar, isang taong masigasig tungkol sa mekanika ng mga bagay na ginagamit namin sa pang-araw-araw na buhay mula pa nang mabigyan ako ng mga kamangha-manghang laruan noong ako ay isang maliit na bata. Ang pagkahilig na ito ay tumutulong sa aking pag-ibig para sa mechanical engineering, na humantong sa akin upang makumpleto ang aking degree sa Master sa nasabing larangan. Nagtrabaho ako sa dalawang proyekto na inayos ng SAE, India, at FS, UK. Ang aking pagtakas mula sa reyalidad ay ang aking kahalili na hilig, football na tumutulong sa akin na ituon ang aking trabaho kapag ginugol ko ito ng kaunting oras.

Kumonekta tayo sa pamamagitan ng LinkedIn (https://www.linkedin.com/in/shakthivel-bhaskar-589690170/).

Mag-iwan ng komento

Ang iyong email address ay hindi ilalathala. Ang mga kailangang field ay may markang *

en English
X