Zmienne termodynamiczne, które są i rozwiązane ćwiczenia

Zmienne termodynamiczne o Zmienne stanu to te makroskopowe wielkości, które charakteryzują układ termodynamiczny, najbardziej znanym ciśnieniem, objętością, temperaturą i masą. Są bardzo przydatne w opisie systemów z wieloma wejściami i wyjściami. Istnieje wiele równie ważnych zmiennych stanu, oprócz wyżej wymienionych. Wybór zależy od systemu i jego złożoności.

Samolot pełen pasażerów lub samochodu można uznać za systemy, a jego zmienne obejmują oprócz masy i temperatury, ilość paliwa, pozycję geograficzną, prędkość, przyspieszenie i oczywiście wiele innych.

Rysunek 1. Płaszczyznę może być badana jako system termodynamiczny. Źródło: Pixabay.

Jeśli tak wiele zmiennych można zdefiniować, gdy zmienna jest uważana za stan? Są uważane za taki, w którym proces, w którym zmienna nabywa swoją wartość, nie ma znaczenia.

Z drugiej strony, gdy natura transformacji wpływa na ostateczną wartość zmiennej, nie jest już uważana za zmienną stanu. Ważnymi ich przykładami są praca i ciepło.

Znajomość zmiennych stanu umożliwia fizyczne opisanie systemu w danym momencie_albo. Dzięki doświadczeniu tworzone są modele matematyczne, które opisują ich ewolucję w czasie i przewidują stan w czasie t> t_albo.

[TOC]

Intensywne, rozległe i specyficzne zmienne

W przypadku gazu, który jest systemem często badanym w termodynamice, masa Jest to jedna z głównych i podstawowych zmiennych stanu każdego systemu. Jest związane z ilością zawieranej przez nią materii. W systemie międzynarodowym mierzy się w kg.

Masa jest bardzo ważna w systemie, a właściwości termodynamiczne są klasyfikowane, ponieważ są zależne, czy nie:

Może ci służyć: woltometr: Charakterystyka, operacja, do czego jest typów

-Intensywne: są niezależne od masy i wielkości, na przykład temperatura, ciśnienie, lepkość i ogólnie te, które odróżniają system od innego.

-Rozległe: te, które różnią się w zależności od wielkości systemu i jego masy, takich jak waga, długość i objętość.

-Specyficzne: te uzyskane przez wyrażanie rozległych właściwości na jednostkę masy. Wśród nich są ciężkość właściwą i specyficzna objętość.

Aby rozróżnić typy zmiennych, wyobraź sobie podzielenie systemu na dwie równe części: jeśli wielkość pozostaje taka sama w każdej z nich, jest to intensywna zmienna. Jeśli nie jest, jego wartość zmniejsza się o połowę.

-Ciśnienie, objętość i temperatura

Tom

Jest to przestrzeń zajmowana przez system. Jednostką wolumenową w systemie międzynarodowym jest miernik sześcienny: M³. Inne szeroko stosowane jednostki to cale sześcienne, stopy sześcienne i litr.

Ciśnienie

Jest to wielkość skalarna podana przez iloraz między prostopadłym składnikiem siły przyłożonej do ciała a obszarem tego. Jednostką ciśnieniową w systemie międzynarodowym jest Newton /M² o Pascal (PA).

Oprócz Pascal ciśnienie ma wiele jednostek używanych zgodnie z zakresem. Wśród nich są PSI, atmosfera (ATM), pręty i milimetry rtęci (MMHG).

Temperatura

W swojej mikroskopowej interpretacji temperatura jest miarą energii kinetycznej cząsteczek, które stanowią badany gaz. A na poziomie makroskopowym wskazuje kierunek przepływu ciepła poprzez kontakt z dwoma systemami.

Jednostką temperaturową w systemie międzynarodowym jest Kelvin (K), a także skale Celsjusza (ºC) i Fahrenheita (ºF) (ºF).

Może ci służyć: Brayton Cycle: proces, wydajność, zastosowania, ćwiczenia

Rozwiązane ćwiczenia

W tej sekcji wykorzysta równania do uzyskania wartości zmiennych, gdy system jest w określonej sytuacji. To jest o Równania państwowe.

Równanie stanu jest modelem matematycznym, który wykorzystuje zmienne stanu i modeluje zachowanie systemu. Obiekt badań jest proponowany jako gaz idealny, który składa się z zestawu cząsteczek zdolnych do swobodnego poruszania się, ale bez interakcji między nimi.

Proponowane równanie statusu dla gazów idealnych wynosi:

P.V = n.k.T

Gdzie P To presja, V To jest głośność, N Jest to liczba cząsteczek i k To jest stała Boltzmanna.

-Ćwiczenie 1

Napompowałeś opony samochodu pod ciśnieniem zalecanym przez producenta 3.21 × 10⁵ PA, w miejscu, w którym temperatura wynosiła -5.00 ° C, ale teraz chce iść na plażę, gdzie jest 28 ° C. Wraz ze wzrostem temperatury objętość opony wzrosła o 3%.

Rysunek 2. Poprzez zwiększenie temperatury z -5ºC do 28 ° C powietrze opon rozszerza się i jeśli nie ma strat. Ciśnienie wzrasta. Źródło: Pixabay.

Znajdź końcowe ciśnienie w oponie i wskaż, czy przekroczyła to tolerancję podaną przez producenta, co nie ma przekraczać 10% zalecanego ciśnienia.

Rozwiązanie

Dostępny jest model gazu idealnego, dlatego zostanie założone, że powietrze opon jest zgodne z danym równaniem. Oznacza to również, że w oponach nie ma strat powietrza, więc liczba moli jest stała:

Początkowa liczba cząsteczek (przy -5 ºC) = liczba końcowych cząsteczek (w 28 ° C)

(P.V/ k .T) _wstępny = (Str.V/ k.T)_finał

Obejmuje warunek, że końcowy objętość wzrosła o 3%:

Może ci służyć: obwód równoległy

(P.V/t) _wstępny= 1.03v_wstępny (P /T)_finał

Znane dane zostały zastąpione, a końcowe ciśnienie jest wyczyszczone. Ważne: temperatura musi być wyrażona w Kelvin: T(K) = t (° C) + 273.piętnaście

(P/T) _finał = (P/t) _wstępny /1.03 = (3.21 × 10⁵ PA / (-5 + 273.15 K)) /1.03 = 1.16 x 10³ Pa/k

P _finał = (28 + 273.15 K) _X1.16 _X 10³ PA/k = 3.5 x 10⁵ Rocznie.

Producent wskazał, że tolerancja wynosi 10 %, dlatego maksymalna wartość ciśnienia wynosi:

P _maksymalny = 3.21 × 10⁵ PA + 0.1 x 3.21 × 10⁵ PA = 3.531 × 10⁵ Rocznie

Możesz podróżować cicho na plażę, przynajmniej jeśli chodzi o opony, ponieważ nie przekroczyło ustalonego limitu ciśnienia.

Ćwiczenie 2

Gaz idealny ma objętość 30 litrów w temperaturze 27 ° C, a jego ciśnienie 2 atm. Zachowując stałą ciśnienia, znajdź jego objętość, gdy temperatura mija wynosi -13 ºC.

Rozwiązanie

Jest to proces stałego ciśnienia (proces izobaryczny). W takim przypadku równanie stanu idealnego gazu jest uproszczone do:

P _wstępny = P _finał

(N.k.TELEWIZJA)_wstępny= (N.k.TELEWIZJA)_finał

(TELEWIZJA) _wstępny= (T/v) _finał

Wynik znany jako prawo Karola. Dostępne dane to:

V _wstępny = 30 l; T_wstępny = 27 ° C = (27 + 273.15 K) = 300.15 K; T _finał = (-13+273.15 K) = 260.15 K

Oczyszczanie i wymiana:

V _finał = V _wstępny . (T _finał /T _wstępny) = 30 l . (260.15 K)/(300.15 K) = 26 L.

Bibliografia

1. Borgnakke. 2009. Podstawy termodynamiki. 7^th Wydanie. Wiley i synowie. 13-47.
2. Cengel i. 2012. Termodynamika. 7^mama Wydanie. McGraw Hill. 2-6.
3. Podstawowe koncepcje systemów termodynamicznych. Odzyskane z: TextScientificas.com.
4. Engel, t. 2007. Wprowadzenie do fizykochemii: termodynamika. osoba. 1-9.
5. Nag, str.K. 2002. Podstawowa i stosowana termodynamika. Tata McGraw Hill. 1-4.
6. University of Navojoa. Podstawowa fizykochemia. Odzyskane z: fqb-unav.Foperaktywny.internet