Kopīgot:
Termodinamisko procesu veidi un piemēri
The termodinamiskos procesus tās ir fiziskas vai ķīmiskas parādības, kas saistītas ar siltuma (enerģijas) plūsmu vai darbu starp sistēmu un tās apkārtni. Runājot par karstumu, racionāli nāk prātā ugunskura tēls, kas ir process, kas izplata daudz siltuma enerģijas..
Sistēma var būt gan makroskopiska (vilciens, raķete, vulkāns), gan mikroskopiski (atomi, baktērijas, molekulas, kvantu punkti uc). Tas ir atdalīts no pārējās Visuma, lai apsvērtu siltumu vai darbu, kas ienāk vai atstāj to.
Tomēr ne tikai siltuma plūsma pastāv, bet arī sistēmas var radīt izmaiņas savā vidē, ņemot vērā aplūkoto parādību. Saskaņā ar termodinamiskajiem likumiem ir jābūt kompensācijai starp reakciju un siltumu, lai vienmēr saglabātu materiālu un enerģiju.
Iepriekšminētais attiecas uz makroskopiskām un mikroskopiskām sistēmām. Atšķirība starp pirmo un pēdējo ir tie mainīgie lielumi, kurus uzskata par tādiem, kas nosaka to enerģijas stāvokli (būtībā sākotnējo un galīgo).
Tomēr termodinamisko modeļu mērķis ir savienot abas pasaules, kontrolējot mainīgos lielumus, piemēram, spiedienu, tilpumu un temperatūru sistēmās, saglabājot dažas no šīm konstantēm, lai izpētītu citu efektu..
Pirmais modelis, kas pieļauj šo tuvināšanu, ir ideālo gāzu (PV = nRT), kur n ir molu skaits, kad dalot tilpumu V, iegūst molārā tilpumu..
Pēc tam, izsakot izmaiņas starp sistēmām atkarībā no šiem mainīgajiem lielumiem, citus var definēt kā darbus (PV = W), kas ir nepieciešami mašīnām un rūpnieciskiem procesiem..
No otras puses, cita veida termodinamisko mainīgo ir lielāka interese par ķīmiskām parādībām. Tie ir tieši saistīti ar enerģijas izdalīšanos vai absorbciju, un ir atkarīgi no molekulu būtības: saikņu veidošanās un veidi..
Indekss
- 1 Termodinamisko procesu sistēmas un parādības
- 1.1 Fizikālās un ķīmiskās parādības
- 1.2 Fizisko parādību piemēri
- 1.3 Ķīmisko parādību piemēri
- 2 Termodinamisko procesu veidi un piemēri
- 2.1 Adiabātiskie procesi
- 2.2 Izotermiskie procesi
- 2.3. Izobariskie procesi
- 2.4. Isokoriski procesi
- 3 Atsauces
Sistēmas un parādības termodinamiskos procesos
Iepriekš attēlā ir attēloti trīs veidu sistēmas: slēgti, atvērti un adiabātiski.
Slēgtā sistēmā nav starpību starp to un tās apkārtni, lai neviens nevarētu iekļūt vai iziet no tās; tomēr enerģija var šķērsot kastes robežas. Citiem vārdiem sakot, F fenomens var atbrīvot vai absorbēt enerģiju, tādējādi mainot to, kas ir ārpus kastes.
No otras puses, atklātajā sistēmā sistēmas horizonts ir punktētas līnijas, kas nozīmē, ka gan enerģija, gan materiāls var nākt un iet starp šo un apkārtni.
Visbeidzot, izolētā sistēmā materiāla un enerģijas apmaiņa starp to un apkārtni ir nulle; šī iemesla dēļ attēlā trešais lodziņš ir iekļauts burbulī. Ir jāprecizē, ka apkārtne var būt pārējā Visuma daļa un ka pētījums ir tāds, kas nosaka, cik tālu jāapsver sistēmas darbības joma..
Fizikālās un ķīmiskās parādības
Kas tieši ir parādība F? Parādīts ar burtu F un dzeltenā aplī, šī parādība ir pārmaiņas, kas var būt materiāla fiziska modifikācija vai tās transformācija..
Kāda ir atšķirība? Neapšaubāmi: pirmais nepārkāpj vai nerada jaunas saites, bet otrā -.
Tādējādi var apsvērt termodinamisko procesu atkarībā no tā, vai šī parādība ir fiziska vai ķīmiska. Tomēr abām ir kopīgas izmaiņas kādā molekulārā vai atomu īpašumā.
Fizisko parādību piemēri
Apkures ūdens katlā izraisa sadursmju palielināšanos starp tās molekulām līdz vietai, kur tvaika spiediens ir vienāds ar atmosfēras spiedienu, un tad notiek fāzes maiņa no šķidruma uz gāzi. Citiem vārdiem sakot: ūdens iztvaiko.
Šeit ūdens molekulas nesalauž nevienu no savām saitēm, bet tās izmainās enerģijā; vai tas, kas ir tāds pats, ūdens iekšējo enerģiju U groza.
Kādi ir termodinamiskie mainīgie šajā gadījumā? Atmosfēras spiediens Pbijušais, temperatūra, ko rada vārīšanas gāzes sadedzināšana un ūdens tilpums.
Atmosfēras spiediens ir nemainīgs, bet ūdens temperatūra nav, jo tā ir karsēta; ne tilpums, jo tā molekulas paplašinās telpā. Tas ir fiziskas parādības piemērs izobariskā procesā; tas ir, termodinamiskā sistēma pastāvīgā spiedienā.
Ko darīt, ja jūs ievietojat ūdeni ar dažām pupiņām spiediena plīts iekšpusē? Šādā gadījumā skaļums paliek nemainīgs (kamēr graudi gatavo, kamēr spiediens netiek izlaists), bet spiediena un temperatūras maiņa.
Tas ir tāpēc, ka saražotā gāze nevar aizbēgt un griežas uz katla sienām un šķidruma virsmas. Mēs runājam par citu fizisku parādību, bet gan ar izokorisku procesu.
Ķīmisko parādību piemēri
Tika minēts, ka pastāv termodinamiskie mainīgie, kas raksturīgi mikroskopiskiem faktoriem, piemēram, molekulārajai vai atomu struktūrai. Kādi ir šie mainīgie? Gibsa (S) entalpija (H), entropija (S), iekšējā enerģija (U) un brīvā enerģija.
Šie būtiskie vielas mainīgie ir definēti un izteikti makroskopiskajos termodinamiskajos mainīgajos lielumos (P, T un V) saskaņā ar izvēlēto matemātisko modeli (parasti ideālā gāzes modelis). Pateicoties tam, var veikt ķīmisko parādību termodinamiskos pētījumus.
Piemēram, mēs vēlamies pētīt A + B tipa>> C tipa ķīmisko reakciju, bet reakcija notiek tikai 70 ° C temperatūrā. Turklāt temperatūrā, kas pārsniedz 100 ° C, tiek radīts C, D ražošanas vietā.
Šādos apstākļos reaktoram (mezglam, kur notiek reakcija) ir jānodrošina nemainīga temperatūra ap 70 ° C, tāpēc process ir izotermisks.
Termodinamisko procesu veidi un piemēri
Adiabātiskie procesi
Tie ir tie, kuros starp sistēmu un tās apkārtni nav tīkla pārsūtīšanas. To ilgtermiņā garantē izolēta sistēma (lodziņš burbuļa iekšpusē).
Piemēri
Kā piemēru var minēt kalorimetrus, kas nosaka no ķīmiskās reakcijas atbrīvoto vai absorbēto siltuma daudzumu (sadegšana, izšķīdināšana, oksidēšanās utt.).
Fiziskajā parādībā ir kustība, kas rada karsto gāzi virzuļu spiediena dēļ. Līdzīgi, ja gaisa virsma virza uz zemes virsmas, tā temperatūra pieaug, jo tā ir spiesta paplašināties.
No otras puses, ja otra virsma ir gāzveida un tai ir mazāks blīvums, tā temperatūra pazemināsies, kad tā uzskata, ka spiediens ir augstāks, piespiežot tās daļiņas kondensēties.
Adiabātiskie procesi ir ideāli piemēroti daudziem rūpnieciskiem procesiem, kuros zemāks siltuma zudums nozīmē zemāku veiktspēju, kas atspoguļojas izmaksās. Lai to uztvertu, siltuma plūsmai jābūt nullei vai siltuma daudzumam, kas jāievada, jābūt vienādam ar daudzumu, kas nonāk sistēmā..
Izotermiskie procesi
Izotermiskie procesi ir visi tie, kuros sistēmas temperatūra paliek nemainīga. Tas tiek darīts, veicot darbu, lai citi mainīgie (P un V) mainītos atkarībā no laika.
Piemēri
Šāda veida termodinamiskā procesa piemēri ir neskaitāmi. Būtībā daudz šūnu aktivitātes notiek nemainīgā temperatūrā (jonu un ūdens apmaiņa caur šūnu membrānām). Ķīmisko reakciju ietvaros visi tie, kas nosaka termisko līdzsvaru, tiek uzskatīti par izotermiskiem procesiem.
Cilvēka metabolisms spēj uzturēt nemainīgu ķermeņa temperatūru (aptuveni 37 ° C), izmantojot plašu ķīmisko reakciju spektru. Tas tiek panākts, pateicoties enerģijai, ko iegūst no pārtikas.
Fāzes izmaiņas ir arī izotermiski procesi. Piemēram, ja šķidrums sasalst, tas izdala siltumu, novēršot temperatūras samazināšanos, līdz tas ir pilnīgi cietā fāzē. Kad tas notiks, temperatūra var turpināt samazināties, jo cietais materiāls vairs neatbrīvo enerģiju.
Tajās sistēmās, kurās ir ideālas gāzes, iekšējā enerģijas U maiņa ir nulle, tāpēc viss siltums tiek izmantots darbu veikšanai.
Izobārie procesi
Šajos procesos spiediens sistēmā paliek nemainīgs, mainot tā tilpumu un temperatūru. Kopumā tās var rasties sistēmām, kas ir atvērtas atmosfērai, vai slēgtās sistēmās, kuru robežas var deformēt, palielinoties apjomam, lai novērstu spiediena pieaugumu..
Piemēri
Dzinēju iekšpusē esošajos cilindros, kad gāze tiek uzsildīta, tas nospiež virzuli, kas maina sistēmas tilpumu..
Ja tas tā nebūtu, spiediens palielināsies, jo sistēmai nav iespējas samazināt gāzveida sugu sadursmes ar balona sienām..
Isokoriski procesi
Izohoriskajos procesos tilpums paliek nemainīgs. Var uzskatīt arī tās, kurās sistēma nedarbojas (W = 0).
Būtībā tās ir fiziskas vai ķīmiskas parādības, kas tiek pētītas jebkura konteinera iekšienē, vai nu ar satraukumu, vai ne.
Piemēri
Šo procesu piemēri ir ēdiena gatavošana, kafijas pagatavošana, saldējuma pudeli dzesēšana, cukura kristalizācija, nedaudz šķīstošu nogulšņu izšķīdināšana, cita starpā jonu apmaiņas hromatogrāfija..
Atsauces
- Jones, Andrew Zimmerman. (2016. gada 17. septembris). Kas ir termodinamiskais process? Ņemts no: thinkco.com
- J. Wilkes. (2014). Termodinamiskie procesi. [PDF] Ņemts no: courses.washington.edu
- Pētījums (2016. gada 9. augusts). Termodinamiskie procesi: Isobarisks, Isokorisks, Izotermisks un Adiabātisks. No: study.com
- Kevin Wandrei (2018). Kādi ir ikdienas termodinamikas likumu piemēri? Hearst Seattle Media, LLC. Uzņemts: education.seattlepi.com
- Lambert. (2006). Otrais termodinamikas likums. Ņemts no: entropysite.oxy.edu
- 15 Termodinamika. [PDF] No: wright.edu