Termodynamiske balanseklasser og applikasjoner

Han Termodynamisk likevekt Fra et isolert system er det definert som en tilstand av balanse der variablene som kjennetegner det, og som kan måles eller beregnes ikke opplever endringer, siden det på grunn av deres isolasjonsbetingelse ikke er noen ytre krefter som har en tendens til å endre denne tilstanden.

Både systemer og balanseklasser å vurdere er veldig forskjellige. Et system kan være en celle, en isete drink, et fly fullt av passasjerer, en person eller et maskineri, for bare å nevne noen få eksempler. De kan også isoleres, lukkes eller åpne, avhengig av om de kan utveksle energi og materie med miljøet sitt eller ikke.

Cocktailkomponenter er i termisk likevekt. Kilde: Pexels.

EN isolert system Det samhandler ikke med miljøet, ingenting kommer inn eller forlater det. EN Systemet lukket Det kan utveksle energi, men uansett noe med det omkringliggende miljøet. Til slutt åpent system er fritt til å utføre utvekslinger med miljøet.

Vel, et isolert system som har lov til å utvikle seg tilstrekkelig tid, har spontant en tendens til den termodynamiske balansen der variablene på ubestemt tid vil beholde sin verdi. Og i tilfelle av et åpent system, må verdiene være de samme som i miljøet.

Dette vil oppnås når alle likevektsforhold pålagt av hver type spesielt er fornøyde.

[TOC]

Balanseklasser

Termisk likevekt

En grunnleggende likevektsklasse er termisk likevekt, som er til stede i mange hverdagssituasjoner, for eksempel en kopp varm kaffe og teskjeen som sukker blir rørt.

Et slikt system har spontant en tendens til å skaffe seg samme temperatur etter en viss tid, hvoretter balansen kommer som alle deler har samme temperatur.

Selv om det skjer, er det en temperaturforskjell som driver varmeutveksling i hele systemet. Hvert system har tid til å oppnå termisk balanse og nå samme temperatur på alle punkter, kalt avslappningstid.

Mekanisk balanse

Når trykket på alle punkter i et system er konstant, er det i mekanisk balanse.

Kan tjene deg: tetthet

Kjemisk balanse

Han Kjemisk balanse, Også kalt noen ganger materialbalanse, Det er nådd når den kjemiske sammensetningen av et system forblir uforanderlig over tid.

Generelt vurderes et system i termodynamisk likevekt når det er i termisk og mekanisk likevekt samtidig.

Termodynamiske variabler og tilstandsligning

Variablene som studeres for å analysere den termodynamiske balansen i et system er mangfoldig, det mest brukte trykk, volum, masse og temperatur er den mest brukte. Andre variabler inkluderer posisjon, hastighet og andre hvis valg avhenger av systemet som studeres.

Således, hvordan man indikerer koordinatene til et punkt, gjør det mulig. Når systemet er i balanse, tilfredsstiller disse variablene et forhold som er kjent som Statlig ligning.

Tilstandsligningen er en funksjon av de termodynamiske variablene hvis form generelt er:

f (p, v, t) = 0

Der P er trykket, er V volumet og T er temperaturen. Naturligvis kan tilstandsligningen uttrykkes i form av andre variabler, men som sagt før, er dette de mest brukte variablene for å karakterisere termodynamiske systemer.

En av de mest kjente tilstandsligningene er den av ideelle gasser PV = NRT. Her n Det er antall føflekker, atomer eller molekyler og R Det er Boltzmanns konstante: 1.30 x 10^-23 J/K (Joule/Kelvin).

Den termodynamiske balansen og termodynamikkens null lov

Anta at det er to termodynamiske systemer A og B med et termometer som vi vil kalle T, som setter i kontakt med systemet på det tidspunktet nok til at A og T har samme temperatur. I dette tilfellet kan det sikres at A og T er i termisk likevekt.

Kan tjene deg: Aerostatisk ballong: Historie, egenskaper, deler, hvordan det fungererVed hjelp av et termometer er nullloven for termodynamikk bevist. Kilde: Pexels.

Samme prosedyre med system B og T gjentas nedenfor. Hvis temperaturen på B viser seg å være den samme som A, er A og B i termisk likevekt. Dette resultatet er kjent som null lov eller null prinsipp for termodynamikk, som formelt er angitt:

Hvis to A- og B -systemer er i termisk likevekt hver uavhengig med et tredje T -system, er det mulig å bekrefte at A og B er i termisk likevekt med hverandre.

Og fra dette prinsippet er følgende konkludert:

Et system er i termodynamisk likevekt når alle delene har samme temperatur.

Derfor kan to kropper i termisk kontakt som ikke er i samme temperatur ikke vurderes i termodynamisk likevekt.

Entropi og termodynamisk balanse

Det som driver et system for å oppnå termisk balanse er Entropi, En størrelse som indikerer hvor nær systemet er å balansere, og er en indikasjon på dets lidelse. Jo større lidelse, det er mer entropi, det motsatte skjer hvis et system er veldig bestilt, og går ned i dette tilfellet entropien.

Status for termisk likevekt er nettopp tilstanden til maksimal entropi, noe som betyr at ethvert isolert system er rettet mot en tilstand med større lidelse spontant.

Nå styres overføringen av termisk energi i systemet av endringen i dets entropi. La entropien og betegne med det greske brevet "Delta" endringen i det: ΔS. Endringen som fører til systemet fra en innledende tilstand til en annen ende er definert som:

Hvor Q er mengden varme (i Joules) og T er temperaturen (i Kelvin), slik at SI (internasjonale system) enheter for entropi og endring av entropi er Joules/Kelvin (J/K).

Det kan tjene deg: Diskret variabel: Karakteristikker og eksempler

Denne ligningen er bare gyldig for reversible prosesser. Prosess der systemet fullt ut kan gå tilbake til sine opprinnelige forhold og på hvert punkt på veien er det i termodynamisk likevekt.

Eksempler på systemer med økende entropi

- I varmeoverføring fra en varmere til en kaldere kropp øker entropien til begge temperaturen er den samme, hvoretter verdien forblir konstant hvis systemet er isolert.

- Et annet eksempel på økende entropi er løsningen av natriumklorid i vann, inntil balansen når saltet har blitt oppløst helt.

- I et fast stoff som smelter også entropi øker også, siden molekylene går fra en mer ryddig situasjon, som er et faststoff, til en mer uordnet som væske.

- I noen typer spontan radioaktivt forfall øker det resulterende antall partikler og med det entropien til systemet. I andre fall der partikkelutvikling skjer, er det massetransformasjon til kinetisk energi som til slutt forsvinner varme, og øker også entropi.

Slike eksempler viser det faktum at den termodynamiske balansen er relativt: et system kan være i termodynamisk likevekt lokalt, for eksempel hvis kaffekoppen + teskje -systemet blir vurdert.

Kaffekoppen + teskje + miljøsystemet kunne imidlertid ikke være i termisk likevekt før kaffen er helt avkjølt.

Referanser

1. Bauer, w. 2011. Fysikk for ingeniørfag og vitenskap. Volum 1. Mc Graw Hill. 650-672.
2. Cengel, og. 2012. Termodynamikk. 7^ma Utgave. McGraw Hill. 15-25 og 332-334.
3. Termodynamikk. Gjenopprettet fra: UGR.er.
4. National University of Rosario. Physicalochemistry i. Gjenopprettet fra: Rechip.a r.Edu.ar
5. Watkins, t. Entropi og den andre loven om termodynamikk i Partle and Nuclear Interactions. San Jose State University. Gjenopprettet fra: SJSU.Edu.
6. Wikipedia. Themodynamisk likevekt. Gjenopprettet fra: i.Wikipedia.org.