Termodynamiske variabler som er og løste øvelser

De Termodynamiske variabler o Tilstandsvariabler er de makroskopiske størrelsene som kjennetegner et termodynamisk system, det mest kjente trykket, volum, temperatur og masse. De er veldig nyttige i beskrivelsen av systemer med flere innganger og utganger. Det er mange like viktige tilstandsvariabler, bortsett fra de nevnte. Utvalget som er gjort avhenger av systemet og dets kompleksitet.

Et plan fullt av passasjerer eller en bil kan betraktes som systemer, og variablene inkluderer i tillegg til masse og temperatur, mengden drivstoff, den geografiske posisjonen, hastigheten, akselerasjonen og selvfølgelig mange flere.

Figur 1. Et plan kan studeres som et termodynamisk system. Kilde: Pixabay.

Hvis så mange variabler kan defineres, når en variabel blir betraktet som en tilstand? Anses som sådan der prosessen som variabelen skaffer seg verdien, spiller ingen rolle.

På den annen side, når transformasjonens natur påvirker den endelige verdien av variabelen, blir den ikke lenger betraktet som en tilstandsvariabel. Viktige eksempler på disse er arbeid og varme.

Kunnskapen om tilstandsvariablene gjør at systemet kan beskrives fysisk på et gitt tidspunkt_enten. Takket være opplevelsen opprettes matematiske modeller som beskriver deres utvikling over tid og forutsier staten i en tid t>_enten.

[TOC]

Intensive, omfattende og spesifikke variabler

Når det gjelder en gass, som er et system som ofte er studert i termodynamikk, er masse Det er en av de viktigste og grunnleggende tilstandsvariablene i hvert system. Er relatert til mengden materie den inneholder. I det internasjonale systemet måles det i kg.

Massen er veldig viktig i et system, og de termodynamiske egenskapene er klassifisert ettersom de er avhengige eller ikke:

Kan tjene deg: voltmeter: egenskaper, drift, hva er det for, typer

-Intensiv: er uavhengig av masse og størrelse, for eksempel temperatur, trykk, viskositet og generelt de som skiller et system fra et annet.

-Omfattende: De som varierer med størrelsen på systemet og dets masse, for eksempel vekt, lengde og volum.

-Spesifikk: de som er oppnådd ved å uttrykke omfattende egenskaper per masse enhetsmasse. Blant dem er den spesifikke tyngdekraften og det spesifikke volumet.

For å skille mellom typer variabler, kan du tenke deg å dele systemet i to like deler: Hvis størrelsen forblir den samme i hver enkelt, er det en intensiv variabel. Hvis det ikke er det, synker verdien i halvparten.

-Trykk, volum og temperatur

Volum

Det er plassen som er okkupert av systemet. Volumenheten i det internasjonale systemet er kubikkmåleren: M³. Andre mye brukte enheter inkluderer kubikk tomme, kubikkfot og liter.

Press

Det er en skalær størrelse gitt av kvotienten mellom den vinkelrett komponenten i kraften som brukes på et legeme og området for dette. Pressetheten i det internasjonale systemet er Newton /M² O Pascal (PA).

I tillegg til Pascal har trykket mange enheter som brukes i henhold til omfanget. Blant dem er PSI, atmosfæren (ATM), stolpene og millimeterne av Mercury (MMHG).

Temperatur

I sin mikroskopiske tolkning er temperaturen målet på den kinetiske energien til molekylene som utgjør gassen som er undersøkt. Og på det makroskopiske nivået indikerer varmestrømningen ved å kontakte to systemer.

Temperaturenheten i det internasjonale systemet er Kelvin (K), og det er også Celsius (ºC) og Fahrenheit (ºF) skalaer (ºF).

Kan tjene deg: Brayton Cycle: Prosess, effektivitet, applikasjoner, øvelser

Løste øvelser

Denne delen vil bruke ligninger for å oppnå verdiene til variablene når systemet er i en bestemt situasjon. Det handler om State ligninger.

En tilstandsligning er en matematisk modell som benytter seg av tilstandsvariabler og modeller systematferd. Et studieobjekt foreslås som en ideell gass, som består av et sett med molekyler som er i stand til å bevege seg fritt, men uten å samhandle mellom dem.

Den foreslåtte statuslikningen for ideelle gasser er:

P.V = n.k.T

Hvor P Det er presset, V Det er volumet, N Det er antall molekyler og k Det er Boltzmanns konstante.

-Oppgave 1

Du blåste opp dekkene på bilen din med det trykket som er anbefalt av produsenten av 3.21 × 10⁵ PA, på et sted hvor temperaturen var -5.00 ° C, men vil nå gå til stranden, hvor det er 28 ºC. Med temperaturøkningen har volumet på et dekk økt med 3%.

Figur 2. Ved å øke temperaturen fra -5 ºC til 28 ºC utvides luften i dekkene, og hvis det ikke er tap. Trykket øker. Kilde: Pixabay.

Finn det endelige trykket i dekket og indikerer om det har overskredet toleransen gitt av produsenten, som ikke skal overstige 10% av det anbefalte trykket.

Løsning

Den ideelle gassmodellen er tilgjengelig, derfor vil det antas at luften til dekkene følger den gitte ligningen. Det vil også bety at det ikke er lufttap i dekkene, så antall føflekker er konstant:

Opprinnelig antall molekyler (ved -5 ºC) = antall endelige molekyler (ved 28 ºC)

(S.V/ k .T) _første = (S.V/ k.T)_endelig

Det inkluderer betingelsen at det endelige volumet har økt med 3%:

Kan tjene deg: parallellkrets

(S.V/t) _første= 1.03v_første (P /T)_endelig

De kjente dataene erstattes og det endelige trykket blir fjernet. VIKTIG: Temperaturen må uttrykkes i Kelvin: T(K) = t (° C) + 273.femten

(P/T) _endelig = (P/T) _første /1.03 = (3.21 × 10⁵ PA / (-5 + 273.15 k)) /1.03 = 1.16 x 10³ Pa/k

P _endelig = (28 + 273.15 k) _x1.16 _x 10³ PA/K = 3.5 x 10⁵ Pa.

Produsenten har indikert at toleranse er 10 %, derfor er maksimumsverdien på trykket:

P _maksimum = 3.21 × 10⁵ PA + 0.1 x 3.21 × 10⁵ PA = 3.531 × 10⁵ Pa

Du kan reise stille til stranden, i det minste når det gjelder dekkene, siden det ikke har overskredet den etablerte trykkgrensen.

Oppgave 2

En ideell gass har et volum på 30 liter ved en temperatur på 27 ° C og dets 2 atm -trykk. Holder trykket konstant, finn volumet når temperaturen passerer -13 ºC.

Løsning

Det er en konstant trykkprosess (isobarisk prosess). I dette tilfellet er den ideelle gassstatuslikningen forenklet til:

P _første = S _endelig

(N.k.TV)_første= (N.k.TV)_endelig

(TV) _første= (T/V) _endelig

Resultat kjent som Charles lov. Dataene som er tilgjengelige er:

V _første = 30 l; T_første = 27 ºC = (27 + 273.15 k) = 300.15 K; T _endelig = (-13+273.15 k) = 260.15 k

Rydding og utskifting:

V _endelig = V _første . (T _endelig /T _første) = 30 l . (260.15 k)/(300.15 k) = 26 l.

Referanser

1. Borgnakk. 2009. Grunnleggende om termodynamikken. 7^th Utgave. Wiley og sønner. 13-47.
2. Cengel, og. 2012. Termodynamikk. 7^ma Utgave. McGraw Hill. 2-6.
3. Grunnleggende begreper av termodynamiske systemer. Gjenopprettet fra: TextScientificas.com.
4. Engel, t. 2007. Introduksjon til fysikkjemi: termodynamikk. Pearson. 1-9.
5. Nag, s.K. 2002. Grunnleggende og anvendt termodynamikk. Tata McGraw Hill. 1-4.
6. University of Navojoa. Grunnleggende fysikjemi. Gjenopprettet fra: FQB-Unav.Forosaktiv.nett