Ini adalah istilah yang digunakan untuk merangkumi rangkaian kajian dan eksperimen yang dilakukan di bawah undang-undang fizik, yang menganalisis secara terperinci keseimbangan unsur-unsur terestrial, serta bagaimana panas dan tenaga mempengaruhi kehidupan di planet ini dan bahan yang membentuknya. Dari ini, adalah mungkin untuk membuat mesin yang berbeza yang membantu dalam proses industri. Perkataan ini berasal dari kata Yunani θερμο dan kekuatanμις, yang bermaksud "termo" dan "panas.
Apa itu termodinamik
Isi kandungan
Definisi termodinamik menunjukkan bahawa ilmu pengetahuan yang secara khusus berkaitan dengan undang-undang yang mengatur transformasi tenaga termal menjadi tenaga mekanikal dan sebaliknya. Ia didasarkan pada tiga prinsip asas dan mempunyai implikasi falsafah yang jelas dan juga memungkinkan penyusunan konsep yang antara yang paling luas dalam bidang fizik.
Dalam ini, kaedah penyiasatan dan penghayatan objek yang diperlukan digunakan seperti ukuran yang luas dan tidak luas. Yang luas mengkaji tenaga dalaman, komposisi molar atau isipadu dan yang kedua, untuk bahagiannya, mengkaji tekanan, suhu dan potensi kimia; walaupun begitu, magnitud lain digunakan untuk analisis yang tepat.
Apa yang dikaji oleh termodinamik
Termodinamik mengkaji pertukaran tenaga terma antara sistem dan fenomena mekanikal dan kimia yang disiratkan oleh pertukaran tersebut. Dengan cara tertentu, pihaknya bertanggung jawab mempelajari fenomena di mana terdapat transformasi tenaga mekanik menjadi tenaga termal atau sebaliknya, fenomena yang disebut transformasi termodinamik.
Ia dianggap sebagai sains fenomenologi, kerana memfokuskan kajian makroskopik terhadap objek dan lain-lain. Begitu juga, ia menggunakan sains lain untuk dapat menjelaskan fenomena yang ingin dikenal pasti dalam objek analisisnya, seperti mekanik statistik. Sistem termodinamik menggunakan beberapa persamaan yang membantu mencampurkan sifatnya.
Di antara prinsip asasnya boleh didapati bahawa tenaga, yang dapat dipindahkan dari satu badan ke badan yang lain, melalui haba. Ini diterapkan pada banyak bidang studi seperti teknik, serta berkolaborasi dengan pengembangan mesin, mempelajari perubahan fasa, reaksi kimia dan lubang hitam.
Apa itu sistem termodinamik
Badan, atau sekumpulan badan, di mana transformasi termodinamik berlaku disebut sistem termodinamik. Kajian sistem dilakukan bermula dari keadaan, iaitu dari keadaan fizikalnya pada waktu tertentu. Pada tahap mikroskopik, keadaan ini dapat dijelaskan oleh koordinat atau pemboleh ubah terma, seperti jisim, tekanan, suhu, dan lain-lain, yang dapat diukur dengan sempurna, tetapi pada tahap mikroskopik, pecahan (molekul, atom) yang membentuk sistem dan mengenal pasti set kedudukan dan halaju zarah-zarah ini di mana sifat mikroskopik akhirnya bergantung.
Di samping itu, sistem termodinamik adalah kawasan ruang yang menjadi subjek kajian yang sedang dijalankan dan dibatasi oleh permukaan yang boleh menjadi nyata atau khayalan. Kawasan di luar sistem yang berinteraksi dengannya disebut persekitaran sistem. Sistem termodinamik berinteraksi dengan persekitarannya melalui pertukaran jirim dan tenaga.
Permukaan yang memisahkan sistem dari konteksnya yang lain disebut dinding, dan menurut ciri-cirinya, mereka diklasifikasikan menjadi tiga jenis yaitu:
Sistem termodinamik terbuka
Ia adalah pertukaran antara tenaga dan jirim.
Sistem termodinamik tertutup
Ia tidak bertukar bahan, tetapi bertukar tenaga.
Sistem termodinamik terpencil
Ia tidak menukar jirim atau tenaga.
Prinsip termodinamik
Termodinamik mempunyai asas-asas tertentu yang menentukan kuantiti fizikal asas yang mewakili sistem termodinamik. Prinsip-prinsip ini menjelaskan bagaimana tingkah laku mereka dalam keadaan tertentu dan mencegah kemunculan fenomena tertentu.
Tubuh dikatakan berada dalam keseimbangan terma apabila haba yang dirasakan dan dipancarkannya sama. Dalam kes ini suhu semua titiknya dan tetap tidak berubah. Kes paradoks keseimbangan terma adalah besi yang terdedah kepada cahaya matahari.
Suhu badan ini, setelah keseimbangan dicapai, tetap lebih tinggi daripada suhu persekitaran kerana sumbangan tenaga suria yang berterusan dikompensasi oleh suhu yang dipancarkan oleh badan dan kehilangannya dengan pengaliran dan perolakannya.
The prinsip sifar termodinamik atau undang-undang sifar termodinamik hadir apabila dua jasad dalam hubungan adalah pada suhu yang sama selepas mencapai keseimbangan terma. Dengan mudah difahami bahawa badan yang paling sejuk memanas dan yang lebih sejuk menyejukkan, dan dengan itu fluks haba bersih di antara mereka berkurang ketika perbezaan suhu mereka berkurang.
Memuatkan…Undang-undang termodinamik pertama
Prinsip pertama termodinamika adalah prinsip pemuliharaan tenaga (betul dan sesuai dengan teori relativiti jirim-tenaga) yang mana ia tidak diciptakan atau dimusnahkan, walaupun dapat diubah dengan cara tertentu kepada yang lain.
Penggabungan prinsip tenaga membolehkan kita menegaskan bahawa variasi daya dalaman sistem adalah jumlah kerja yang dilakukan dan dipindahkan, suatu pernyataan yang logik kerana telah terbukti bahawa kerja dan haba adalah cara memindahkan tenaga dan bahawa tidak mencipta atau memusnahkan.
Tenaga dalaman sistem difahami sebagai jumlah tenaga yang berlainan dan semua zarah yang menyusunnya, seperti: tenaga kinetik terjemahan, putaran dan getaran, tenaga pengikatan, kohesi, dll.
Prinsip pertama kadang-kadang dinyatakan sebagai kemustahilan adanya motif abadi dari jenis pertama, yakni kemungkinan menghasilkan karya tanpa memakan tenaga dengan cara mana pun ia menampakkan diri.
Prinsip kedua termodinamik
Prinsip kedua ini berkaitan dengan kejadian fizikal yang tidak dapat dipulihkan, terutamanya pada masa pemindahan haba.
Sebilangan besar fakta eksperimen menunjukkan bahawa transformasi yang berlaku secara semula jadi mempunyai makna tertentu, tanpa pernah diperhatikan, bahawa perubahan itu dilakukan secara spontan ke arah yang berlawanan.
Prinsip kedua termodinamika adalah generalisasi pengalaman yang diajarkan mengenai rasa di mana transformasi spontan berlaku. Ia menyokong pelbagai formulasi yang sebenarnya setara. Lord Kelvin, ahli fizik dan ahli matematik Britain, menyatakannya dalam istilah ini pada tahun 1851 "Tidak mungkin melakukan transformasi yang satu-satunya hasilnya adalah penukaran menjadi karya haba yang diekstrak dari satu sumber suhu seragam"
Ini adalah salah satu undang-undang termodinamik yang paling penting dalam fizik; Walaupun mereka dapat dirumuskan dengan banyak cara, semuanya mengarah pada penjelasan konsep tidak dapat dipulihkan dan konsep entropi. Ahli fizik dan matematik Jerman Rudolf Clausius menetapkan ketidaksamaan yang berkaitan antara suhu sebilangan sumber terma sewenang-wenangnya dan jumlah haba yang diserap yang dihantar oleh mereka, apabila suatu bahan melalui proses kitaran apa pun, boleh dibalikkan atau tidak dapat dipulihkan, bertukar panas dengan sumbernya.
Di loji janakuasa hidroelektrik, tenaga elektrik dihasilkan dari tenaga berpotensi air yang dibendung. Daya ini diubah menjadi tenaga kinetik ketika air turun melalui paip dan sebahagian kecil tenaga kinetik ini diubah menjadi daya kinetik putaran turbin, yang sumbunya tidak terpisahkan dengan sumbu induktor alternator yang menghasilkan daya elektrik.
Prinsip pertama termodinamik membolehkan kita memastikan bahawa dalam perubahan dari satu bentuk tenaga ke bentuk yang lain tidak ada peningkatan atau penurunan daya awal, prinsip kedua memberitahu kita bahawa sebahagian dari tenaga itu akan dipecat dalam bentuk panas.
Prinsip Ketiga Termodinamik
Undang-undang ketiga dikembangkan oleh ahli kimia Walther Nernst selama tahun 1906-1912, sebab itulah sering disebut sebagai teorema Nernst atau postulat Nernst. Prinsip termodinamik ketiga ini mengatakan bahawa entropi sistem sifar mutlak adalah pemalar yang pasti. Ini kerana ada sistem suhu sifar dalam keadaan tanahnya, sehingga entropi ditentukan oleh degenerasi keadaan tanah. Pada tahun 1912, Nernst menetapkan undang-undang ini: "Tidak mungkin dengan prosedur apa pun untuk mencapai isoterm T = 0 dalam jumlah langkah yang terbatas"
Proses termodinamik
Dalam konsep termodinamik, proses adalah perubahan yang berlaku dalam sistem dan yang mengambilnya dari keadaan keseimbangan awal ke keadaan keseimbangan akhir. Ini dikelaskan mengikut pemboleh ubah yang telah dikekalkan sepanjang proses.
Proses boleh berlaku dari pencairan ais, hingga pencucuhan campuran udara-bahan bakar untuk melakukan pergerakan piston dalam mesin pembakaran dalaman.
Terdapat tiga keadaan yang dapat bervariasi dalam sistem termodinamik: suhu, isi padu, dan tekanan. Proses termodinamik dikaji dalam gas, kerana cecair tidak dapat dikompresi dan perubahan isipadu tidak berlaku. Oleh kerana suhu tinggi, cecair berubah menjadi gas. Dalam pepejal, kajian termodinamik tidak dijalankan kerana ia tidak dapat dikompresi dan tidak ada kerja mekanikal ke atasnya.
Jenis proses termodinamik
Proses-proses ini diklasifikasikan mengikut pendekatan mereka, untuk memastikan salah satu pemboleh ubah tetap, sama ada suhu, tekanan atau isi padu. Sebagai tambahan, kriteria lain diterapkan seperti pertukaran tenaga dan pengubahsuaian semua pemboleh ubahnya.
Proses isotermal
Proses isotermal adalah semua di mana suhu sistem tetap berterusan. Ini dilakukan dengan bekerja, supaya pemboleh ubah lain (P dan V) berubah dari masa ke masa.
Proses isobaric
Proses isobar adalah proses di mana tekanan tetap berterusan. Variasi suhu dan isipadu akan menentukan perkembangannya. Kelantangan boleh berubah dengan bebas apabila suhu berubah.
Proses isokorik
Dalam proses isokorik isipadu tetap. Ia juga boleh dianggap sebagai sistem di mana sistem tidak menghasilkan karya (W = 0).
Pada dasarnya, ini adalah fenomena fizikal atau kimia yang dikaji di dalam mana-mana bekas, sama ada dengan kacau atau tidak.
Proses Adiabatik
Proses adiabatik adalah proses termodinamik di mana tidak ada pertukaran haba dari sistem ke luar atau ke arah yang bertentangan. Contoh jenis proses ini adalah proses yang boleh dilakukan dalam termos untuk minuman.
Memuatkan…Contoh proses termodinamik
- Contoh proses isokorik: Isipadu gas tetap berterusan. Apabila sebarang perubahan suhu berlaku, ia akan disertai dengan perubahan tekanan. Seperti halnya wap dalam periuk tekanan, ia akan meningkatkan tekanan ketika memanaskan.
- Sebagai contoh proses Isotermal: Suhu gas tetap berterusan. Apabila isipadu meningkat , tekanan akan menurun. Sebagai contoh, belon dalam mesin membuat vakum meningkatkan isipadu ketika vakum dibuat.
- Berkaitan dengan proses adiabatik: misalnya, pemampatan omboh dalam pam inflasi tayar basikal, atau penyahmampatan pesat pelocok jarum suntik, sebelumnya memampatkannya dengan lubang keluar terpasang.
