Unter diesem Begriff versteht man die Reihe von Studien und Experimenten, die nach den Gesetzen der Physik durchgeführt werden und die das Gleichgewicht der terrestrischen Elemente sowie die Auswirkungen von Wärme und Energie auf das Leben auf dem Planeten und auf dem Planeten detailliert analysieren Materialien, aus denen es besteht. Daraus konnten verschiedene Maschinen geschaffen werden, die in industriellen Prozessen helfen. Das Wort kommt von den griechischen Wörtern θερμο und δύναμις, die „Thermo“ und „Wärme“ bedeuten.
Was ist Thermodynamik?
Inhaltsverzeichnis
Die Definition der Thermodynamik zeigt, dass es die Wissenschaft ist, die sich speziell mit den Gesetzen befasst, die die Umwandlung von Wärmeenergie in mechanische Energie regeln und umgekehrt. Es basiert auf drei Grundprinzipien und hat offensichtliche philosophische Implikationen und ermöglicht auch die Formulierung von Konzepten, die zu den weitreichendsten in der Physik gehören.
Dabei werden verschiedene Methoden zur Untersuchung und Bewertung der erforderlichen Objekte verwendet, z. B. umfangreiche und nicht umfangreiche Größen. Die umfangreiche Methode untersucht die innere Energie, die molare Zusammensetzung oder das Volumen und die zweite untersucht den Druck, Temperatur und chemisches Potential; Trotzdem werden andere Größen für eine genaue Analyse verwendet.
Was studiert die Thermodynamik?
Die Thermodynamik untersucht den Austausch von Wärmeenergie zwischen Systemen und die mechanischen und chemischen Phänomene, die ein solcher Austausch impliziert. In besonderer Weise ist er dafür verantwortlich, die Phänomene zu untersuchen, bei denen mechanische Energie in Wärmeenergie umgewandelt wird oder umgekehrt, Phänomene, die als thermodynamische Transformationen bezeichnet werden.
Es gilt als phänomenologische Wissenschaft, da es sich auf makroskopische Untersuchungen von Objekten und anderen konzentriert. In ähnlicher Weise nutzt es andere Wissenschaften, um die Phänomene erklären zu können, die es in seinen Analyseobjekten wie der statistischen Mechanik identifizieren möchte. Thermodynamische Systeme verwenden einige Gleichungen, die helfen, ihre Eigenschaften zu mischen.
Zu seinen Grundprinzipien gehört die Energie, die durch Wärme von einem Körper auf einen anderen übertragen werden kann. Es wird auf viele Studienbereiche wie das Ingenieurwesen angewendet und arbeitet mit der Entwicklung von Motoren zusammen, um Phasenänderungen, chemische Reaktionen und Schwarze Löcher zu untersuchen.
Was ist ein thermodynamisches System?
Ein thermodynamisches System wird der Körper oder eine Gruppe von Körpern genannt, über die eine thermodynamische Transformation stattfindet. Das Studium eines Systems erfolgt ausgehend vom Zustand, dh von seinen physischen Bedingungen zu einem bestimmten Zeitpunkt. Auf mikroskopischer Ebene kann dieser Zustand anhand von Koordinaten oder thermischen Variablen wie Masse, Druck, Temperatur usw. beschrieben werden, die perfekt messbar sind, auf mikroskopischer Ebene jedoch die Fraktionen (Moleküle, Atome), aus denen sich zusammensetzt das System und identifizieren die Menge der Positionen und Geschwindigkeiten dieser Partikel, von denen die mikroskopischen Eigenschaften letztendlich abhängen.
Darüber hinaus ist ein thermodynamisches System ein Raumbereich, der Gegenstand der durchgeführten Untersuchung ist und der durch eine Oberfläche begrenzt ist, die real oder imaginär sein kann. Die Region außerhalb des Systems, die mit ihm interagiert, wird als Systemumgebung bezeichnet. Das thermodynamische System interagiert mit seiner Umgebung durch den Austausch von Materie und Energie.
Die Oberfläche, die das System vom Rest seines Kontexts trennt, wird als Wand bezeichnet und gemäß seinen Eigenschaften in drei Typen eingeteilt:
Offenes thermodynamisches System
Es ist der Austausch zwischen Energie und Materie.
Geschlossenes thermodynamisches System
Es tauscht keine Materie aus, aber es tauscht Energie aus.
Isoliertes thermodynamisches System
Es tauscht weder Materie noch Energie aus.
Prinzipien der Thermodynamik
Die Thermodynamik hat bestimmte Grundlagen, die die physikalischen Grundgrößen bestimmen, die thermodynamische Systeme darstellen. Diese Prinzipien erklären, wie sie sich unter bestimmten Bedingungen verhalten, und verhindern das Auftreten bestimmter Phänomene.
Es wird gesagt, dass sich ein Körper im thermischen Gleichgewicht befindet, wenn die Wärme, die er wahrnimmt und abgibt, gleich ist. In diesem Fall ist und bleibt die Temperatur aller Punkte konstant. Ein paradoxer Fall eines thermischen Gleichgewichts ist ein Eisen, das der Sonne ausgesetzt ist.
Die Temperatur dieses Körpers bleibt, sobald das Gleichgewicht erreicht ist, höher als die der Umwelt, da der kontinuierliche Beitrag der Sonnenenergie durch den kompensiert wird, den der Körper ausstrahlt und durch seine Leitung und Konvektion verliert.
Das Nullprinzip der Thermodynamik oder das Nullgesetz der Thermodynamik liegt vor, wenn zwei in Kontakt stehende Körper nach Erreichen des thermischen Gleichgewichts die gleiche Temperatur haben. Es ist leicht zu verstehen, daß die kältesten Körper aufwärmt und die wärmere Kühlt und damit der Nettofluss von Wärme zwischen ihnen abnehmen, wenn die Temperaturdifferenz abnimmt.
"> Laden…Erster Hauptsatz der Thermodynamik
Das erste Prinzip der Thermodynamik ist das Prinzip der Energieerhaltung (richtig und in Übereinstimmung mit der Relativitätstheorie der Materie-Energie), nach dem es weder erzeugt noch zerstört wird, obwohl es auf eine bestimmte Weise transformiert werden kann zum anderen.
Die Verallgemeinerung des Energieprinzips erlaubt es uns zu bestätigen, dass die Variation der inneren Kraft eines Systems die Summe der ausgeführten und übertragenen Arbeit ist, eine logische Aussage, da festgestellt wurde, dass Arbeit und Wärme die Art der Energieübertragung sind und nicht erschaffen oder zerstören.
Unter innerer Energie eines Systems wird die Summe der verschiedenen Energien und aller Teilchen verstanden, aus denen es besteht, wie z. B.: Kinetische Energie der Translation, Rotation und Vibration, Energie der Bindung, Kohäsion usw.
Das erste Prinzip wurde manchmal als die Unmöglichkeit der Existenz des ewigen Mobiles der ersten Art bezeichnet, dh die Möglichkeit, Arbeit zu produzieren, ohne Energie auf irgendeine Art und Weise zu verbrauchen, in der es sich manifestiert.
Zweites Prinzip der Thermodynamik
Dieses zweite Prinzip befasst sich mit der Irreversibilität physikalischer Ereignisse, insbesondere zum Zeitpunkt einer Wärmeübertragung.
Eine Vielzahl experimenteller Fakten zeigt, dass die natürlich auftretenden Transformationen eine bestimmte Bedeutung haben, ohne jemals beobachtet zu werden, dass sie spontan in die entgegengesetzte Richtung ausgeführt werden.
Das zweite Prinzip der Thermodynamik ist eine Verallgemeinerung dessen, was die Erfahrung über den Sinn lehrt, in dem spontane Transformationen stattfinden. Es unterstützt verschiedene Formulierungen, die tatsächlich gleichwertig sind. Lord Kelvin, britischer Physiker und Mathematiker, erklärte es 1851 in diesen Begriffen: "Es ist unmöglich, die Umwandlung durchzuführen, deren einziges Ergebnis die Umwandlung der Wärme, die einer einzigen Quelle gleichmäßiger Temperatur entzogen wird, in Arbeit ist."
Dies ist eines der wichtigsten Gesetze der Thermodynamik in der Physik; Obwohl sie auf viele Arten formuliert werden können, führen sie alle zur Erklärung des Konzepts der Irreversibilität und des Konzepts der Entropie. Der deutsche Physiker und Mathematiker Rudolf Clausius stellte eine Ungleichung fest, die zwischen den Temperaturen einer beliebigen Anzahl von Wärmequellen und den von ihnen abgegebenen Wärmemengen zusammenhängt, wenn eine Substanz einen zyklischen Prozess durchläuft, reversibel oder irreversibel, wobei sie Wärme austauscht die Quellen.
In einem Wasserkraftwerk wird elektrische Energie aus der potentiellen Energie des aufgestauten Wassers erzeugt. Diese Kraft wird in kinetische Energie umgewandelt, wenn das Wasser durch die Rohre abfällt und ein kleiner Teil dieser kinetischen Energie in die kinetische Rotationskraft einer Turbine umgewandelt wird, deren Achse in die Achse des Induktors eines Wechselstromgenerators integriert ist, der die Kraft erzeugt elektrisch.
Das erste Prinzip der Thermodynamik ermöglicht es uns sicherzustellen, dass beim Wechsel von einer Energieform zur anderen weder die Anfangsleistung zunimmt noch abnimmt. Das zweite Prinzip besagt, dass ein Teil dieser Energie in Form von Wärme abgefeuert wurde.
Drittes Prinzip der Thermodynamik
Das dritte Gesetz wurde vom Chemiker Walther Nernst in den Jahren 1906-1912 entwickelt, weshalb es oft als Nernsts Theorem oder Nernsts Postulat bezeichnet wird. Dieses dritte Prinzip der Thermodynamik besagt, dass die Entropie eines absoluten Nullsystems eine bestimmte Konstante ist. Dies liegt daran, dass sich in seinem Grundzustand ein Nulltemperatursystem befindet, sodass seine Entropie durch die Degeneration des Grundzustands bestimmt wird. 1912 stellte Nernst das Gesetz folgendermaßen auf: "Es ist mit keinem Verfahren möglich, die Isotherme T = 0 in einer endlichen Anzahl von Schritten zu erreichen."
Thermodynamische Prozesse
Im Konzept der Thermodynamik sind Prozesse die Änderungen, die in einem System stattfinden und die es von einem Zustand des anfänglichen Gleichgewichts zu einem Zustand des endgültigen Gleichgewichts bringen. Diese werden nach der Variablen klassifiziert, die während des gesamten Prozesses konstant gehalten wurde.
Ein Prozess kann aus schmelzendem Eis auftreten, bis die Zündung der Luft-Kraftstoff - Mischung, die die Bewegung der Kolben in einem auszuführen Motor von Verbrennungs.
In einem thermodynamischen System können drei Bedingungen variieren: Temperatur, Volumen und Druck. Thermodynamische Prozesse werden in Gasen untersucht, da Flüssigkeiten inkompressibel sind und keine Volumenänderungen auftreten. Aufgrund der hohen Temperaturen werden Flüssigkeiten auch zu Gasen. In Festkörpern werden thermodynamische Untersuchungen nicht durchgeführt, da sie inkompressibel sind und keine mechanischen Arbeiten daran durchgeführt werden.
Arten von thermodynamischen Prozessen
Diese Prozesse werden nach ihrem Ansatz klassifiziert, um eine der Variablen, Temperatur, Druck oder Volumen, konstant zu halten. Darüber hinaus werden andere Kriterien angewendet, wie der Energieaustausch und die Änderung aller seiner Variablen.
Isothermer Prozess
Isotherme Prozesse sind alle Prozesse, bei denen die Temperatur des Systems konstant bleibt. Dies geschieht durch Arbeiten, so dass sich die anderen Variablen (P und V) im Laufe der Zeit ändern.
Isobarer Prozess
Der isobare Prozess ist ein Prozess, bei dem der Druck konstant bleibt. Variationen in Temperatur und Volumen bestimmen die Entwicklung. Die Lautstärke kann sich frei ändern, wenn sich die Temperatur ändert.
Isochore Prozesse
Bei isochoren Prozessen bleibt das Volumen konstant. Es kann auch als solche betrachtet werden, bei denen das System keine Arbeit erzeugt (W = 0).
Grundsätzlich handelt es sich um physikalische oder chemische Phänomene, die in jedem Behälter untersucht werden, ob unter Rühren oder nicht.
Adiabatischer Prozess
Der adiabatische Prozess ist der thermodynamische Prozess, bei dem kein Wärmeaustausch vom System nach außen oder in die entgegengesetzte Richtung stattfindet. Beispiele für diese Art von Verfahren sind solche, die in einer Thermoskanne für Getränke durchgeführt werden können.
"> Laden…Beispiele für thermodynamische Prozesse
- Ein Beispiel für den isochoren Prozess: Das Gasvolumen wird konstant gehalten. Wenn irgendeine Art von Temperaturänderung auftritt, geht dies mit einer Druckänderung einher. Wie bei Dampf in einem Schnellkochtopf erhöht sich der Druck beim Erhitzen.
- Als Beispiel für den isothermen Prozess: Die Gastemperatur bleibt konstant. Mit zunehmendem Volumen nimmt der Druck ab. Zum Beispiel erhöht ein Ballon in einer Vakuummaschine sein Volumen, wenn das Vakuum erzeugt wird.
- In Bezug auf den adiabatischen Prozess: Zum Beispiel das Zusammendrücken des Kolbens in einer Fahrradreifen-Aufpumppumpe oder das schnelle Dekomprimieren des Kolbens einer Spritze, wobei dieser zuvor mit verstopftem Auslassloch zusammengedrückt wird.
