Bilans termodynamiczny i zastosowania

On Równowaga termodynamiczna Z izolowanego układu jest definiowany jako stan równowagi, w którym zmienne, które go charakteryzują i które można zmierzyć lub obliczyć, nie doświadczają zmian, ponieważ ze względu na ich stan izolacji nie ma sił zewnętrznych, które zwykle modyfikują ten stan.

Zarówno systemy, jak i klasy równowagi są bardzo zróżnicowane. System może być komórką, lodowatym napojem, samolotem pełnym pasażerów, osoby lub maszyny, aby wymienić tylko kilka przykładów. Można je również izolować, zamykać lub otwierać, w zależności od tego, czy mogą wymieniać energię i materię ze swoim środowiskiem.

Składniki koktajli są w równowadze termicznej. Źródło: Pexels.

A system izolowany Nie wchodzi w interakcje ze środowiskiem, nic nie wchodzi ani nie opuszcza. A system zamknięty Może wymieniać energię, ale nie ma znaczenia z otaczającym środowiskiem. Wreszcie otwarty system może wykonywać wymianę ze środowiskiem.

Cóż, izolowany system, który może ewoluować wystarczającą ilość czasu, spontanicznie dąży do równowagi termodynamicznej, w której jego zmienne nieokreślone zachowają swoją wartość. Aw przypadku otwartego systemu jego wartości muszą być takie same jak te w środowisku.

Zostanie to osiągnięte, gdy wszystkie warunki równowagi narzucone przez każdy typ są spełnione.

[TOC]

Zajęcia równowagi

Równowaga termiczna

Podstawową klasą równowagi jest Równowaga termiczna, który jest obecny w wielu codziennych sytuacjach, takich jak filiżanka gorącej kawy i łyżeczka, z jakim cukier jest mieszany.

Taki system spontanicznie nabywa tę samą temperaturę po określonym czasie, po czym przybywa równowaga, ponieważ wszystkie części znajdują się w tej samej temperaturze.

Tak się dzieje, istnieje różnica temperatur, która napędza wymianę ciepła w całym systemie. Każdy system ma czas na osiągnięcie bilansu termicznego i osiągnięcia tej samej temperatury we wszystkich punktach, zwanych czas relaksu.

Równowaga mechaniczna

Gdy ciśnienie we wszystkich punktach układu jest stałe, ma równowagę mechaniczną.

Może ci służyć: gęstość

Bilans chemiczny

On Bilans chemiczny, Również nazywane czasem Równowaga materialna, Osiąga się, gdy skład chemiczny systemu pozostaje niezmieniony z czasem.

Zasadniczo układ jest rozważany w równowadze termodynamicznej, gdy jest jednocześnie w równowadze termicznej i mechanicznej.

Zmienne termodynamiczne i równanie stanu

Zmienne badane w celu analizy równowagi termodynamicznej systemu są zróżnicowane, najczęściej stosowane ciśnienie, objętość, masa i temperatura. Inne zmienne obejmują pozycję, prędkość i inne, których wybór zależy od badanego systemu.

Zatem jak wskazać współrzędne punktu, umożliwia to. Gdy system jest w równowadze, zmienne te spełniają związek znany jako Równanie stanowe.

Równanie stanu jest funkcją zmiennych termodynamicznych, których formą ogólnie jest:

f (p, v, t) = 0

Gdzie p jest ciśnieniem, v jest objętością, a t jest temperaturą. Oczywiście równanie stanu można było wyrazić w kategoriach innych zmiennych, ale jak powiedziano wcześniej, są to najczęściej używane zmienne do scharakteryzowania układów termodynamicznych.

Jednym z najbardziej znanych równań państwowych jest równomierne gazy PV = NRT. Tutaj N Jest to liczba moli, atomów lub cząsteczek i R To stała Boltzmanna: 1.30 x 10^-23 J/K (Joule/Kelvin).

Bilans termodynamiczny i zerowe prawo termodynamiki

Załóżmy, że istnieją dwa układy termodynamiczne A i B z termometrem, które nazwiemy T, co skontaktuje się z systemem wystarczającym, aby A i T mieć tę samą temperaturę. W takim przypadku można upewnić się, że A i T są w równowadze termicznej.

Może ci służyć: aerostatyczny balon: historia, cechy, części, jak to działaZa pomocą termometru udowodniono zerowe prawo termodynamiki. Źródło: Pexels.

Ta sama procedura z systemem B i T jest powtarzana poniżej. Jeśli temperatura B okazuje się taka sama jak w przypadku A, a A i B są w równowadze termicznej. Wynik ten jest znany jako zero prawa lub zerowa zasada termodynamiki, która jest formalnie podana:

Jeśli dwa układy A i B znajdują się w równowadze termicznej każde niezależnie z trzecim układem T, to możliwe jest potwierdzenie, że A i B są w równowadze termicznej.

I z tej zasady wyciągnięto następujące:

System jest w równowadze termodynamicznej, gdy wszystkie jego części znajdują się w tej samej temperaturze.

Dlatego dwa ciała w kontakcie termicznym, które nie są w tej samej temperaturze, nie mogą być rozważone w równowadze termodynamicznej.

Bilans entropii i termodynamiczny

To, co napędza system do osiągnięcia równowagi termicznej Entropia, Wielkość, która wskazuje, jak blisko system jest równowagi, wskazując na jego zaburzenie. Im większe zaburzenie, jest więcej entropii, nadejdzie odwrotnie, jeśli system jest bardzo uporządkowany, w tym przypadku entropia.

Status równowagi termicznej jest dokładnie stanem maksymalnej entropii, co oznacza, że ​​każdy izolowany układ jest skierowany na stan większego zaburzenia spontanicznie.

Teraz przeniesienie energii cieplnej w systemie podlega zmianie jej entropii. Niech entropia i oznacz grecką literą „delta” zmiana w niej: Δs. Zmiana, która prowadzi do systemu ze stanu początkowego do innego końca, jest zdefiniowana jako:

Gdzie Q jest ilością ciepła (w dżule), a T jest temperaturą (w Kelvin), tak aby jednostki SI (system międzynarodowy) dla entropii i zmiany entropii są dżule/kelvin (J/k).

Może ci służyć: zmienna dyskretna: cechy i przykłady

To równanie jest ważne tylko dla procesów odwracalnych. Proces, w którym system może w pełni powrócić do swoich początkowych warunków i w każdym punkcie na drodze jest w równowadze termodynamicznej.

Przykłady systemów o rosnącej entropii

- W przenoszeniu ciepła z cieplejszego do chłodniejszego ciała entropia rośnie, aż obie temperatury nie będzie tak samo, po czym jego wartość pozostaje stała, jeśli układ jest izolowany.

- Innym przykładem zwiększenia entropii jest roztwór chlorku sodu w wodzie, aż do osiągnięcia równowagi w miarę całkowitej rozpuszczenia soli.

- W stałej, która topi entropia również rośnie, ponieważ cząsteczki pochodzą z bardziej uporządkowanej sytuacji, która jest solidna, do bardziej nieuporządkowanego płynu.

- W niektórych rodzajach spontanicznego rozkładu radioaktywnego wzrasta wynikowa liczba cząstek, a wraz z nią entropia układu. W innych spadkach, w których występuje anihilacja cząstek, istnieje transformacja masy na energię kinetyczną, która ostatecznie rozprasza ciepło, a także zwiększa entropię.

Takie przykłady pokazują fakt, że równowaga termodynamiczna jest względna: system może znajdować się w równowadze termodynamicznej lokalnie, na przykład jeśli rozważany jest system kawy + łyżeczki łyżeczki + łyżeczki.

Jednak system kawy + łyżeczka + system środowiskowy nie mógł być w równowadze termicznej, dopóki kawa nie zostanie całkowicie chłodzona.

Bibliografia

1. Bauer, w. 2011. Fizyka inżynierii i nauki. Tom 1. MC Graw Hill. 650-672.
2. Cengel i. 2012. Termodynamika. 7^mama Wydanie. McGraw Hill. 15-25 i 332-334.
3. Termodynamika. Odzyskane z: Ugr.Jest.
4. National University of Rosario. Physicochemistry I. Odzyskane z: rekompensatę.R.Edu.ar
5. Watkins, t. Entropia i drugie prawo termodynamiki w interakcjach częściowo i nuklearnych. San Jose State University. Odzyskane z: SJSU.Edu.
6. Wikipedia. Równowaga tematynamiczna. Odzyskane z: w.Wikipedia.org.