Właściwości systemu termodynamicznego, typy, przykłady

A System termodynamiczny o Substancja robocza jest częścią wszechświata wybranego do badań przez termodynamikę. Jest to bardzo szeroka definicja, ponieważ układ termodynamiczny może być rozległy jak galaktyka lub jest niewielką ilością gazu zawartego w cylindrze.

Wszystko, co otacza system termodynamiczny, w tym masa i przestrzeń, to środowisko lub środowisko tego samego. To nie jest reszta wszechświata, a jedynie środowisko zdolne do wpływania na system.

Schemat układu termodynamicznego

W systemie termodynamicznym wymiana masy lub energii jest możliwa między systemem a otoczeniem, w zależności od klasy systemu, będąc środowiskiem, w którym znajdują się obserwatorzy, którzy ją badają.

W analizie układu termodynamicznego ważne jest ustalenie granice (limity lub ściany), które można naprawić lub mobilnie. Szklana lub metalowa butelka ma stałe ściany, ale tłok lub mobilny tłok.

Jako taka, granica może być prawdziwą lub wyimaginowaną powierzchnią, ale najlepiej ma zerową grubość, pewną sztywność i inne cechy opisane w formie matematycznej.

Wyimaginowane granice są konieczne podczas badania systemów, które z kolei są częścią znacznie większych systemów, takich jak gwiazda w mgławicy.

Wymiana ciepła między systemem a jego środowiskiem, jeśli w ogóle, jest głównymi celami termodynamiki. Dlatego ściany, które pozwalają na wymianę: adiabatyczne, podczas gdy te, które na to nie pozwalają i nie izolują, są diatermiczne.

[TOC]

Rodzaje systemów termodynamicznych

W pierwszym przypadku jest to system otwarty, ponieważ czajniczka wymienia energię uwalnianą przez pożar i gaz w postaci gazu na zewnątrz. W drugim przypadku jest to system zamknięty, ponieważ wymieniam tylko energię uwalnianą przez pożar, ale nie gaz. Trzeci przypadek to izolowany system, ponieważ nie wymienia energii ani materii.

Istnieją różne rodzaje systemów termodynamicznych, które są klasyfikowane zgodnie z ich zdolnością do wymiany materii i energii ze środowiskiem, w ten sposób mamy:

Otwarte systemy

Wymiana materii i energii z zewnątrz jest dozwolona, ​​więc są również nazywane Objętość sterowania.

W ten sposób modelowano dużą liczbę systemów inżynieryjnych, na przykład domowe podgrzewacz wody i samochody.

Może ci służyć: 21 ważnych wydarzeń fizyki

Systemy zamknięte

Są również znane jako masa kontrolna i charakteryzują się, ponieważ nie ma wymiany materii ze środowiskiem. Dlatego jego masa jest ustalona, ​​jednak energia może przekroczyć granicę, jako ciepło lub jako praca. W ten sposób objętość systemu może się różnić.

Izolowane systemy

Są to zamknięte systemy, w których zapobiega się wymianie ciepła, pracy lub dowolnej formy energii w środowisku.

Systemy jednorodne i systemy heterogeniczne

Opisane systemy zostały sklasyfikowane według ich zdolności wymiany w środowisku, ale nie jest to jedyne kryterium. Systemy termodynamiczne mogą być również jednorodne i heterogeniczne.

Czyste substancje są dobrymi przykładami jednorodnych systemów, takich jak sól stołowa zapisana w solnej wytrząsarce. Przeciwnie, połączenie płynnej wody i pary wodnej jest systemem heterogenicznym, ponieważ są to dwa różne stany, których właściwości różnią się.

Przykłady systemów termodynamicznych

Jak widzieliśmy, systemy termodynamiczne są od najprostszych do najbardziej złożonych. Jednak podczas ich studiowania wygodnie jest je dokładnie zdefiniować i spróbować znaleźć wszystkie sposoby uproszczenia analizy.

Spójrzmy na przykłady prawdziwych systemów, które towarzyszą nam w życiu codziennym:

Kontener zanurzony w wodzie

Jest to bardzo prosty i ilustracyjny system termodynamiczny, a także dobry sposób na przygotowanie jedzenia. Zawartość pojemnika, zarówno jaj, mieszanina flana lub przygotowania, jest system termodynamiczny, podczas gdy kąpiel wodna stanowi środowisko, środowisko lub środowisko.

Może ci służyć: jaki jest moment magnetyczny?

Podczas podgrzewania wody ciepło przepływa do systemu przez granicę pojemnika.

Prędkość gotowania jedzenia zależy od kilku czynników, jednym z nich jest materiał patelni: jeśli jest to ceramiczne lub metalowe. Wiemy, że metal jest dobrym kierowcą cieplnym, więc mamy nadzieję, że zawartość szybko się rozgrzewa, jeśli używa się stalowego lub aluminiowego naczynia.

Zamiast podgrzewać system, chcesz. W tym przypadku system nadaje ciepło do łaźni wodnej.

Gotować na odkrytej patelni

Kurczak i chleb gotowane na otwartej patelni są przykładem otwartego systemu termodynamicznego. Źródło: Pixabay.

Kuchnia to doskonałe miejsce do znalezienia procesów termodynamicznych. Sos, kurczak lub inne jedzenie duszone na otwartej patelni jest przykładem otwartego systemu, ponieważ dozwolone są wszystkie rodzaje wymiany w środowisku: dodaj przyprawy, inne składniki i modyfikuj dodane ciepło.

Silnik spalinowy

W wewnętrznym silniku spalania samochodów, motocykli, samolotów i łodzi znajduje się mieszanka gazu (powietrza) i paliwa, która jest przygotowana w gaźniku i jest zabierana do cylindra, gdzie dzięki skutkowi spalania staje.

Ponieważ skład mieszanki zmienia się w całym cyklu pracy, jest to złożony i heterogeniczny układ termodynamiczny.

Kawa lub herbata w termosie

Gorący lub zimny napój w termosie jest dobrym przykładem zamkniętego systemu termodynamicznego. Źródło: Pixabay.

Kawa lub herbata pozostają gorąca przez dłuższy czas w termosie. Jest to pojemnik z ścianami izolacyjnymi, dokładnie w celu zapobiegania naszemu systemowi - gorący napój - dostarczanie ciepła do środowiska i chłodzi.

Może ci służyć: volt lub volt: koncepcja i wzory, równoważniki, przykłady

Termos to naprawdę dwa pojemniki, wśród których jest częściowo pusty, aby uniknąć obecności medium podobnego do powietrza, co pomaga napierać ciepło od wewnątrz do pojemnika.

Oczywiście termos również działa odwrotnie, służy do utrzymywania zimnych napojów dłużej.

Jajka

Jaja, które spożywamy jako pokarm, są doskonałymi przykładami zamkniętych systemów termodynamicznych, ale pozwalają na wymianę energii w środowisku. Skórka jajowa pozwala ciepło galasów empolować zarodek, a także przejście gazów.

Komórki

Komórka jest podstawową jednością żywych istot i jest cudownie wydajnym systemem termodynamicznym. Co więcej, wszelkie żywe istoty można również uznać za złożony system termodynamiczny.

Membrana komórkowa obejmująca struktury wewnętrzne, takie jak jądro i mitochondria, to granica między systemem a środowiskiem. Umożliwia to wymianę energii, przybycie składników odżywczych z zewnątrz i wydajność odpadów.

W puszkach

Posiłki w puszkach są typowymi przykładami zamkniętych systemów termodynamicznych.

Podgrzewacz wody

Woda wewnątrz grzejnika jest otwartym układem termodynamicznym, ponieważ jest to niezbędny gaz.

Bibliografia

1. Borgnakke. 2009. Podstawy termodynamiki. 7. edycja. Wiley i synowie.
2. Cengel i. 2012. Termodynamika. 7. edycja. McGraw Hill.
3. Energia słoneczna. Systemy termodynamiczne. Pobrano z: angeria słoneczna.internet.
4. Wikipedia. Systemy termodynamiczne. Odzyskane z: jest.Wikipedia.org.
5. Wikipedia. Układ tematynamiczny. Odzyskane z.Wikipedia.org.