Termodynaamiset tasapainoluokit ja sovellukset

Hän Termodynaaminen tasapaino Eristetystä järjestelmästä se on määritelty tasapainotilana, jossa sitä karakterisoivat muuttujat, jotka voidaan mitata tai laskea, eivät koe muutoksia, koska heidän eristyneisyyden olosuhteidensa vuoksi ei ole ulkoisia voimia, joilla on taipumus muokata tätä tilaa.

Sekä järjestelmät että tasapainoluokit ovat hyvin monimuotoisia. Järjestelmä voi olla solu, jäinen juoma, lentokone, joka on täynnä matkustajia, henkilöä tai konetta, mainitsemaan vain muutamia esimerkkejä. Ne voidaan myös eristää, suljettua tai avointa, riippuen siitä, voivatko he vaihtaa energiaa ja aineita ympäristössään vai eivät.

Cocktail -komponentit ovat lämpötasapainossa. Lähde: Pexels.

Eräs eristetty järjestelmä Se ei ole vuorovaikutuksessa ympäristön kanssa, mikään ei tule tai jätä sitä. Eräs järjestelmä suljettu Se voi vaihtaa energiaa, mutta ei väliä ympäröivän ympäristön kanssa. Lopuksi, avoin systeemi on vapaasti suorittaa vaihtoja ympäristön kanssa.

No, eristetty järjestelmä, jonka annetaan kehittyä riittävästi aikaa, spontaanisti on taipumus termodynaamiseen tasapainoon, jossa sen muuttujat säilyttävät sen arvon määräämättömäksi ajaksi. Ja avoimen järjestelmän tapauksessa sen arvojen on oltava samat kuin ympäristössä.

Tämä saavutetaan aina, kun kaikki erityisesti kunkin tyypin asettamat tasapainoolosuhteet täyttyvät.

[TOC]

Tasapainokurssit

Lämpötasapaino

Perus tasapainoluokka on lämpötasapaino, jota esiintyy monissa jokapäiväisissä tilanteissa, kuten kuppi kuumaa kahvia ja teelusikallista, jolla sokeria sekoitetaan.

Tällaisella järjestelmällä on taipumus hankkia saman lämpötilan tietyn ajan kuluttua, minkä jälkeen tasapaino saapuu, koska kaikki osat ovat samassa lämpötilassa.

Vaikka näin tapahtuu, on lämpötilaero, joka ajaa lämmönvaihtoa koko järjestelmässä. Jokaisella järjestelmällä on aika saavuttaa lämpötasapaino ja saavuttaa sama lämpötila kaikissa kohdissa, nimeltään rentoutumisaika.

Mekaaninen tasapaino

Kun järjestelmän kaikissa kohdissa paine on vakio, se on mekaanisessa tasapainossa.

Voi palvella sinua: tiheys

Kemiallinen tasapaino

Hän kemiallinen tasapaino, Kutsutaan myös joskus aineellinen tasapaino, Se saavutetaan, kun järjestelmän kemiallinen koostumus pysyy muuttumattomana ajan myötä.

Yleensä järjestelmää pidetään termodynaamisessa tasapainossa, kun se on lämpö- ja mekaanisessa tasapainossa samanaikaisesti.

Termodynaamiset muuttujat ja tilayhtälö

Järjestelmän termodynaamisen tasapainon analysoimiseksi tutkittavat muuttujat ovat monimuotoisia, yleisimmin käytetyt paine, tilavuus, massa ja lämpötila ovat yleisimmin käytettyjä. Muita muuttujia ovat sijainti, nopeus ja muut, joiden valinta riippuu tutkittavasta järjestelmästä.

Siten kuinka osoittaa pisteen koordinaatit, mahdollistaa sen. Kun järjestelmä on tasapainossa, nämä muuttujat tyydyttävät suhteen, joka tunnetaan nimellä Valtionyhtälö.

Tilayhtälö on termodynaamisten muuttujien funktio, joiden muoto yleensä on:

f (p, v, t) = 0

Missä p on paine, v on tilavuus ja t on lämpötila. Tilayhtälö voitaisiin luonnollisesti ilmaista muiden muuttujien suhteen, mutta kuten aiemmin on sanottu, nämä ovat eniten käytettyjä muuttujia termodynaamisten järjestelmien karakterisoimiseksi.

Yksi tunnetuimmista valtion yhtälöistä on ihanteelliset kaasut Pv = nrt. Tässä n Se on moolien, atomien tai molekyylien lukumäärä ja R - Se on Boltzmannin vakio: 1.30 x 10^-23 J/K (Joule/Kelvin).

Termodynaaminen tasapaino ja termodynamiikan nolla laki

Oletetaan. Tässä tapauksessa voidaan varmistaa, että A ja T ovat lämpötasapainossa.

Voi palvella sinua: Aerostaattinen ilmapallo: Historia, ominaisuudet, osat, miten se toimiiLämpömittarin avulla termodynamiikan nolla laki on todistettu. Lähde: Pexels.

Sama menettely järjestelmän B ja T kanssa toistetaan alla. Jos B: n lämpötila osoittautuu sama kuin A: n lämpötila, niin A ja B ovat lämpötasapainossa. Tämä tulos tunnetaan nimellä nolla laki tai nolla termodynamiikan periaatte, joka on muodollisesti ilmoitettu:

Jos kaksi A- ja B -järjestelmää ovat lämpötasapainossa, joista kukin itsenäisesti kolmannen T.

Ja tästä periaatteesta seuraavat:

Järjestelmä on termodynaamisessa tasapainossa, kun kaikki sen osat ovat samassa lämpötilassa.

Siksi kahta lämpökontaktin runkoa, joita ei ole samassa lämpötilassa, ei voida ottaa huomioon termodynaamisessa tasapainossa.

Entropia ja termodynaaminen tasapaino

Mikä ajaa järjestelmää lämpötasapainon saavuttamiseksi, on Haje, Suuruusluokka, joka osoittaa, kuinka lähellä järjestelmä on tasapaino, osoittaen sen häiriötä. Mitä suurempi häiriö, entropiaa on enemmän, päinvastoin tapahtuu, jos järjestelmä on hyvin järjestetty, menemällä tässä tapauksessa entropia.

Lämpötasapainon tila on juuri maksimaalisen entropian tila, mikä tarkoittaa, että mikä tahansa eristetty järjestelmä on suunnattu suuremman häiriön tilaan spontaanisti.

Nyt lämpöenergian siirtämistä järjestelmässä säätelee sen entropian muutos. Anna entropian ja merkitsee kreikkalaisen kirjaimen "Delta" sen muutosta: ΔS. Muutos, joka johtaa järjestelmään alkuperäisestä tilasta toiseen päähän, määritellään:

Missä Q on lämmön määrä (jouleissa) ja t on lämpötila (Kelvinissä), joten entropian ja entropian muutoksen SI (kansainvälinen järjestelmä) yksiköt ovat Joules/Kelvin (J/K).

Se voi palvella sinua: Diskreetti muuttuja: Ominaisuudet ja esimerkit

Tämä yhtälö pätee vain palautuviin prosesseihin. Prosessi, jossa järjestelmä voi palata kokonaan alkuperäisiin olosuhteisiinsa ja jokaisessa tien kohdassa se on termodynaamisessa tasapainossa.

Esimerkkejä järjestelmistä, joissa entropia kasvaa

- Lämmönsiirrossa kuumemmasta kylmemmälle runkoon entropia kasvaa, kunnes molemmat lämpötila on sama, minkä jälkeen sen arvo pysyy vakiona, jos järjestelmä on eristetty.

- Toinen esimerkki entropian lisäämisestä on natriumkloridin liuos vedessä, kunnes se saavuttaa tasapainon, koska suola on täysin liuennut.

- Myös kiinteässä kiinteässä kiinteissä kiinteissä kiinteissä kiinteissä kiinteissä.

- Joissakin spontaanissa radioaktiivisissa rappeutumisissa, tuloksena oleva hiukkasten lukumäärä kasvaa ja sen mukana järjestelmän entropia. Muissa laskuissa, joissa hiukkasten tuhoaminen tapahtuu, on massamuutos kineettiseksi energiaksi, joka lopulta hajottaa lämpöä ja lisää myös entropiaa.

Tällaiset esimerkit osoittavat tosiasian, että termodynaaminen tasapaino on suhteellinen: järjestelmä voi olla paikallisesti termodynaamisessa tasapainossa, esimerkiksi jos kahvikuppi + tl järjestelmää tarkastellaan.

Kahvikuppi + tl + ympäristöjärjestelmä ei kuitenkaan voinut olla lämpötasapainossa, ennen kuin kahvi on jäähdytetty kokonaan.

Viitteet

1. Bauer, W. 2011. Fysiikka tekniikkaan ja tieteisiin. Osa 1. MC Graw Hill. 650-672.
2. Cengel, ja. 2012. Termodynamiikka. 7^mehu Painos. McGraw Hill. 15-25 ja 332-334.
3. Termodynamiikka. Palautettu: ugr.On.
4. Rosarion kansallinen yliopisto. Fyysinenkemia I. Toipunut.a r.Edu.AR
5. Watkins, t. Entropia ja termodynamiikan toinen laki parisuhteissa ja ydinvuorovaikutuksissa. San Josen osavaltion yliopisto. Palautettu: SJSU.Edu.
6. Wikipedia. Teemodynaaminen tasapaino. Toipunut: vuonna.Wikipedia.org.