Studiet av forholdet mellom energi og entropi er det teknisk termodynamikk studerer. Den omfatter et helt sett med teorier som relaterer målbare makroskopiske egenskaper (temperatur, trykk og volum) til energi og dens evne til å utføre arbeid.
Introduksjon
Begrepene varme og temperatur er de mest grunnleggende for teknisk termodynamikk. Det kan kalles vitenskapen om alle fenomener som avhenger av temperaturen og dens endringer. I statistisk fysikk, som den nå er en del av, er den en av de store teoriene som dagens forståelse av materie er basert på. Et termodynamisk system er definert som en mengde materie med en fast masse og identitet. Alt utenfor det er miljøet det er adskilt fra av grenser. Anvendelser av teknisk termodynamikk inkluderer konstruksjoner som:
- klimaanlegg og kjøleskap;
- turboladere og superladere i bilmotorer;
- dampturbiner i kraftverk;
- reaktivtflymotorer.
Varme og temperatur
Hver person har en intuitiv kunnskap om begrepet temperatur. Kroppen er varm eller kald, avhengig av om temperaturen er mer eller mindre høy. Men den nøyaktige definisjonen er vanskeligere. I klassisk teknisk termodynamikk ble den absolutte temperaturen til en kropp definert. Det førte til opprettelsen av Kelvin-skalaen. Minimumstemperaturen for alle kropper er null Kelvin (-273, 15°C). Dette er absolutt null, konseptet som først dukket opp i 1702 takket være den franske fysikeren Guillaume Amonton.
Varme er vanskeligere å definere. Teknisk termodynamikk tolker det som en tilfeldig overføring av energi fra systemet til det ytre miljøet. Det tilsvarer den kinetiske energien til molekyler som beveger seg og blir utsatt for tilfeldige påvirkninger (brownsk bevegelse). Den overførte energien kalles forstyrret på mikroskopisk nivå, i motsetning til ryddig, utført gjennom arbeid på makroskopisk nivå.
Tilstand
A state of matter er en beskrivelse av typen fysisk struktur som et stoff viser. Det har egenskaper som beskriver hvordan et materiale opprettholder sin struktur. Det er fem materietilstander:
- gass;
- liquid;
- solid body;
- plasma;
- superfluid (den sjeldneste).
Mange stoffer kan bevege seg mellom gass, flytende og fast fase. Plasma er en spesiell materietilstandsom lyn.
Varmekapasitet
Varmekapasitet (C) er forholdet mellom endring i varme (ΔQ, hvor det greske tegnet Delta står for kvantitet) og endring i temperatur (ΔT):
C=Δ Q / Δ T.
Hun viser hvor lett stoffet er oppvarmet. En god termisk leder har en lav kapasitansvurdering. Sterk varmeisolator med høy varmekapasitet.
Terminologi
Hver vitenskap har sitt eget unike ordforråd. De grunnleggende konseptene for teknisk termodynamikk inkluderer:
- Varmeoverføring er gjensidig utveksling av temperaturer mellom to stoffer.
- Mikroskopisk tilnærming - studiet av oppførselen til hvert atom og molekyl (kvantemekanikk).
- Makroskopisk tilnærming - observasjon av den generelle oppførselen til mange partikler.
- Termodynamisk system er mengden stoff eller område i rommet som er valgt for forskning.
- Miljø - alle eksterne systemer.
- Leding - varme overføres gjennom en oppvarmet fast kropp.
- Konveksjon - oppvarmede partikler returnerer varme til et annet stoff.
- Stråling - varme overføres gjennom elektromagnetiske bølger, for eksempel fra solen.
- Entropi - i termodynamikk er en fysisk størrelse som brukes til å karakterisere en isoterm prosess.
Mer om vitenskap
Tolkningen av termodynamikk som en egen disiplin innen fysikk er ikke helt korrekt. Det påvirker nesten altområder. Uten systemets evne til å bruke intern energi til å utføre arbeid, ville fysikere ikke hatt noe å studere. Det er også noen svært nyttige områder innen termodynamikk:
- Varmeteknikk. Den studerer to muligheter for energioverføring: arbeid og varme. Tilknyttet vurdering av energioverføring i arbeidsstoffet til maskinen.
- Kryofysikk (kryogenikk) - vitenskapen om lave temperaturer. Utforsker de fysiske egenskapene til stoffer under forhold som oppleves selv i den kaldeste delen av jorden. Et eksempel på dette er studiet av superfluider.
- Hydrodynamics er studiet av de fysiske egenskapene til væsker.
- Høytrykks fysikk. Utforsker de fysiske egenskapene til stoffer i ekstremt høytrykkssystemer relatert til væskedynamikk.
- Meteorology er den vitenskapelige studien av atmosfæren som fokuserer på værprosesser og prognoser.
- Plasmafysikk - studiet av materie i plasmatilstanden.
nulllov
Faget og metoden for teknisk termodynamikk er eksperimentelle observasjoner skrevet i form av lover. Termodynamikkens nullte lov sier at når to legemer har samme temperatur med en tredje, har de igjen samme temperatur med hverandre. For eksempel: en kobberblokk bringes i kontakt med et termometer til temperaturen er lik. Så fjernes den. Den andre kobberblokken bringes i kontakt med det samme termometeret. Hvis det ikke er noen endring i kvikksølvnivået, kan vi si at begge blokkene er innetermisk likevekt med et termometer.
First Law
Denne loven sier at når systemet gjennomgår en tilstandsendring, kan energi krysse grensen enten som varme eller som arbeid. Hver av dem kan være positiv eller negativ. Netto energiendringen til et system er alltid lik nettoenergien som krysser grensen til systemet. Sistnevnte kan være intern, kinetisk eller potensiell.
Second Law
Den brukes til å bestemme retningen en bestemt termisk prosess kan finne sted. Denne termodynamikkens lov sier at det er umulig å lage en enhet som fungerer i en syklus og ikke produserer noen annen effekt enn å overføre varme fra en kropp med lavere temperatur til en varmere kropp. Det kalles noen ganger loven om entropi fordi det introduserer denne viktige egenskapen. Entropi kan betraktes som et mål på hvor nært et system er likevekt eller uorden.
Termisk prosess
Systemet gjennomgår en termodynamisk prosess når det oppstår en slags energiforandring i det, vanligvis forbundet med transformasjon av trykk, volum, temperatur. Det er flere spesifikke typer med spesielle egenskaper:
- adiabatisk - ingen varmeveksling i systemet;
- isochoric - ingen endring i volum;
- isobarisk - ingen endring i trykk;
- isotermisk - ingen endring i temperaturen.
Reversibility
En reversibel prosess er en som, etter at den har funnet sted, kan værekansellert. Det etterlater ingen endringer verken i systemet eller i miljøet. For å være reversibelt må systemet være i likevekt. Det er faktorer som gjør prosessen irreversibel. For eksempel friksjon og løpsk ekspansjon.
Application
Mange aspekter av livet til den moderne menneskeheten er bygget på grunnlaget for varmeteknikk. Disse inkluderer:
- Alle kjøretøyer (biler, motorsykler, vogner, skip, fly, etc.) opererer på grunnlag av termodynamikkens andre lov og Carnot-syklusen. De kan bruke en bensin- eller dieselmotor, men loven forblir den samme.
- Luft- og gasskompressorer, vifter, vifter fungerer på forskjellige termodynamiske sykluser.
- Varmeveksling brukes i fordampere, kondensatorer, radiatorer, kjølere, varmeovner.
- Kjøleskap, frysere, industrielle kjøleanlegg, alle typer klimaanlegg og varmepumper fungerer på grunn av den andre loven.
Teknisk termodynamikk inkluderer også studiet av ulike typer kraftverk: termisk, kjernekraft, vannkraft, basert på fornybare energikilder (som sol, vind, geotermisk), tidevann, bølger og andre.
