Termodinaminių procesų tipai ir pavyzdžiai

The termodinaminius procesus jie yra fiziniai ar cheminiai reiškiniai, susiję su šilumos (energijos) srautu arba darbu tarp sistemos ir jos apylinkės. Kalbant apie šilumą, racionaliai galvoja apie ugnies įvaizdį, kuris yra proceso, kuris išleidžia daug šiluminės energijos, išraiška..

Sistema gali būti makroskopinė (traukinys, raketas, ugnikalnis) ir mikroskopinė (atomai, bakterijos, molekulės, kvantiniai taškai ir tt). Tai yra atskirta nuo likusios visatos, kad apsvarstytume šilumą ar darbą, kuris patenka į tai.

Tačiau ne tik šilumos srautas egzistuoja, bet ir sistemos gali keisti tam tikrą savo aplinkos kintamąjį, atsižvelgdamos į aptariamą reiškinį. Pagal termodinaminius įstatymus turi būti kompensuojama tarp atsako ir šilumos, kad medžiaga ir energija visada būtų išsaugota.

Pirmiau minėta sistema taikoma makroskopinėms ir mikroskopinėms sistemoms. Skirtumas tarp pirmojo ir paskutiniojo yra kintamieji, kurie, kaip manoma, apibrėžia jų energetines būsenas (iš esmės pradinis ir galutinis).

Tačiau termodinaminiais modeliais siekiama sujungti abu pasaulius valdant kintamuosius, pvz., Sistemų slėgį, tūrį ir temperatūrą, išlaikant kai kurias iš šių konstantų, kad būtų ištirtas kitų poveikis.

Pirmasis modelis, leidžiantis šį aproksimaciją, yra idealių dujų (PV = nRT), kur n yra molų skaičius, kai dalijant tarp V tūrio gaunamas molinis tūris..

Tada, išreiškiant pokyčius tarp sistemos, priklausomai nuo šių kintamųjų, kiti gali būti apibrėžiami kaip darbai (PV = W), būtini mašinoms ir pramoniniams procesams..

Kita vertus, kitokio tipo termodinaminis kintamasis domina cheminius reiškinius. Tai yra tiesiogiai susiję su energijos išsiskyrimu ar absorbcija ir priklauso nuo būdingos molekulių pobūdžio: nuorodų formavimosi ir tipų..

Indeksas

• 1 Termodinaminių procesų sistemos ir reiškiniai
  • 1.1 Fiziniai ir cheminiai reiškiniai
  • 1.2 Fizinių reiškinių pavyzdžiai
  • 1.3 Cheminių reiškinių pavyzdžiai
• 2 Termodinaminių procesų tipai ir pavyzdžiai
  • 2.1 Adiabatiniai procesai
  • 2.2 Izoterminiai procesai
  • 2.3 Isobariniai procesai
  • 2.4 Isocoriniai procesai
• 3 Nuorodos

Termodinaminių procesų sistemos ir reiškiniai

Pirmiau pateiktame paveiksle pateikiami trys sistemų tipai: uždaryti, atviri ir adiabatiniai.

Uždaroje sistemoje nėra jokio materijos perdavimo tarp jos ir jos apylinkės, todėl niekas negali patekti į ar iš jo; tačiau energija gali kirsti dėžutės ribas. Kitaip tariant, F reiškinys gali išlaisvinti arba sugerti energiją, tokiu būdu pakeisdamas, kas yra už dėžutės ribų.

Kita vertus, atviroje sistemoje sistemos horizonte yra jų punktyrinės linijos, o tai reiškia, kad tiek energija, tiek medžiaga gali eiti ir eiti tarp šios ir apylinkės.

Galiausiai, izoliuotoje sistemoje materijos ir energijos mainai tarp jo ir aplinkos yra nuliniai; dėl šios priežasties vaizde trečiasis langelis yra įdėtas į burbulą. Būtina paaiškinti, kad aplinka gali būti likusi visatos dalis ir kad tyrimas yra tas, kuris apibrėžia, kiek toli apsvarstyti sistemos apimtį..

Fiziniai ir cheminiai reiškiniai

Kas konkrečiai yra reiškinys F? F simboliu pažymėtas ir geltonos spalvos apskritime šis reiškinys yra pasikeitimas, kuris gali būti fizinis materijos modifikavimas arba jo transformacija..

Koks skirtumas? Sunkiai: pirmasis nesulaužo ar nesukuria naujų nuorodų, o antrasis -.

Taigi, galima apsvarstyti termodinaminį procesą, atsižvelgiant į tai, ar šis reiškinys yra fizinis, ar cheminis. Tačiau abu turi bendrą molekulinės arba atominės savybės pasikeitimą.

Fizinių reiškinių pavyzdžiai

Šildymo vanduo puode sukelia padidėjusį jos molekulių susidūrimą iki taško, kur jo garų slėgis yra lygus atmosferos slėgiui, ir tada vyksta fazės keitimas iš skysčio į dujas. Kitaip tariant, vanduo išgaruoja.

Čia vandens molekulės nesulaužo nė vienos iš jų obligacijų, tačiau jos patiria energijos pokyčius; arba tai, kas yra ta pati, vandens vidinė energija U yra modifikuota.

Kokie yra šio atvejo termodinaminiai kintamieji? Atmosferos slėgis P_buvęs, temperatūra, gaunama deginant kaitinimo dujas ir vandens tūrį.

Atmosferos slėgis yra pastovus, tačiau vandens temperatūra nėra, nes ji yra kaitinama; nei tūris, nes jo molekulės išplėsta erdvėje. Tai yra fizinio reiškinio pavyzdys izobariniame procese; tai yra termodinaminė sistema esant pastoviam slėgiui.

Ką daryti, jei įdedate vandenį su kai kuriomis pupelėmis slėgio viryklėje? Tokiu atveju tūris išlieka pastovus (tol, kol grūdų virimo metu slėgis neišleidžiamas), bet slėgio ir temperatūros pokytis.

Taip yra todėl, kad susidariusios dujos negali išsilaisvinti ir sukasi ant puodo ir skysčio paviršiaus. Mes kalbame apie kitą fizinį reiškinį, bet izocorinį procesą.

Cheminių reiškinių pavyzdžiai

Buvo paminėta, kad yra termodinaminių kintamųjų, būdingų mikroskopiniams veiksniams, pvz., Molekulinei arba atominei struktūrai. Kokie yra šie kintamieji? Gibbso (S) entalpija (H), entropija (S), vidinė energija (U) ir laisva energija.

Šie esminiai medžiagos kintamieji yra apibrėžti ir išreikšti makroskopiniais termodinaminiais kintamaisiais (P, T ir V) pagal pasirinktą matematinį modelį (paprastai idealus dujų modelis). Dėl to galima atlikti cheminių reiškinių termodinaminius tyrimus.

Pavyzdžiui, norime ištirti cheminę A + B tipo> C reakciją, tačiau reakcija vyksta tik esant 70 ° C temperatūrai. Be to, esant aukštesnei nei 100 ° C temperatūrai, vietoj C, D susidaro.

Esant tokioms sąlygoms, reaktorius (agregatas, kuriame vykdoma reakcija) turi užtikrinti pastovią temperatūrą apie 70 ° C, todėl procesas yra izoterminis.

Termodinaminių procesų tipai ir pavyzdžiai

Adiabatiniai procesai

Jie yra tie, kuriuose tarp sistemos ir jos apylinkių nėra tinklų perdavimo. Tai ilgą laiką garantuoja atskira sistema (burbulo viduje esantis langelis).

Pavyzdžiai

To pavyzdys yra kalorimetrai, kurie nustato iš cheminės reakcijos išsiskyrusios arba sugeriančios šilumos kiekį (degimą, tirpinimą, oksidaciją ir tt)..

Fiziniuose reiškiniuose yra judėjimas, kuris generuoja karštąsias dujas dėl stūmokliams daromo slėgio. Taip pat, kai ant žemės paviršiaus teka srovė, jos temperatūra pakyla, nes ji yra priversta plėstis.

Kita vertus, jei kitas paviršius yra dujinis ir turi mažesnį tankį, jo temperatūra sumažės, kai jaučiasi didesnis slėgis, priverčiant jos daleles kondensuotis.

Adiabatiniai procesai idealiai tinka daugeliui pramonės procesų, kuriuose mažesni šilumos nuostoliai reiškia mažesnį našumą, kuris atsispindi sąnaudose. Norint jį laikyti, šilumos srautas turi būti lygus nuliui arba įeinantis šilumos kiekis turi būti lygus kiekiui, kuris patenka į sistemą..

Izoterminiai procesai

Izoterminiai procesai yra visi tie, kuriuose sistemos temperatūra išlieka pastovi. Tai daroma atliekant darbą, kad kiti kintamieji (P ir V) kinta priklausomai nuo laiko.

Pavyzdžiai

Šio tipo termodinaminio proceso pavyzdžiai yra nesuskaičiuojami. Iš esmės, daug ląstelių aktyvumas vyksta pastovioje temperatūroje (jonų ir vandens mainai per ląstelių membranas). Cheminėse reakcijose visi, kurie nustato šiluminį pusiausvyrą, laikomi izoterminiais procesais.

Žmonių apykaitai pavyksta išlaikyti pastovią kūno temperatūrą (maždaug 37 ° C) per įvairias chemines reakcijas. Tai pasiekiama dėl energijos, gaunamos iš maisto.

Fazių pokyčiai taip pat yra izoterminiai procesai. Pavyzdžiui, kai skystis užšąla, jis išskiria šilumą, neleidžiant temperatūrai mažėti tol, kol jis visiškai neveikia. Kai tai atsitiks, temperatūra gali toliau mažėti, nes kietoji medžiaga nebesuleidžia energijos.

Tose sistemose, kuriose yra idealios dujos, vidinės energijos U keitimas yra nulis, todėl visa šiluma naudojama darbams atlikti.

Izobariniai procesai

Šiuose procesuose slėgis sistemoje išlieka pastovus, keičiantis jo tūrį ir temperatūrą. Apskritai, jie gali atsirasti sistemose, atvirose atmosferai, arba uždarose sistemose, kurių ribas gali deformuoti didėjantis tūris, kad būtų išvengta slėgio padidėjimo..

Pavyzdžiai

Variklių viduje esančiuose cilindruose, kai dujos yra šildomos, stūmoklis paspaudžiamas, kuris keičia sistemos tūrį..

Jei taip nebūtų, slėgis padidėtų, nes sistema neturi jokio būdo sumažinti dujų rūšių susidūrimus su baliono sienomis..

Izokoriniai procesai

Izokoriniuose procesuose tūris išlieka pastovus. Taip pat galima laikyti, kad sistema nesukuria jokio darbo (W = 0).

Iš esmės jie yra fiziniai ar cheminiai reiškiniai, kurie tiriami bet kurioje talpykloje, nesvarbu, ar jie yra agituoti, ar ne.

Pavyzdžiai

Šių procesų pavyzdžiai yra maisto ruošimas, kavos ruošimas, ledų vyno aušinimas, cukraus kristalizavimas, mažai tirpių nuosėdų ištirpinimas, jonų mainų chromatografija..

Nuorodos

1. Jones, Andrew Zimmerman. (2016 m. Rugsėjo 17 d.). Kas yra termodinaminis procesas? Paimta iš: thinkco.com
2. J. Wilkes. (2014). Termodinaminiai procesai. [PDF] Paimta iš: courses.washington.edu
3. Tyrimas (2016 m. Rugpjūčio 9 d.). Termodinaminiai procesai: izobarinis, izokorinis, izoterminis ir adiabatinis. Paimta iš: study.com
4. Kevin Wandrei (2018). Kokie yra kasdieniniai pirmojo ir antrojo termodinamikos įstatymų pavyzdžiai? Hearst Seattle Media, LLC. Paimta iš: education.seattlepi.com
5. Lambert. (2006). Antrasis termodinamikos įstatymas. Paimta iš: entropysite.oxy.edu
6. 15 Termodinamika. [PDF] Paimta iš: wright.edu