Termodynamiska balansklasser och applikationer

han Termodynamisk jämvikt Från ett isolerat system definieras det som ett balansläge där variablerna som kännetecknar det och som kan mätas eller beräknas inte upplever förändringar, eftersom det på grund av deras isoleringsvillkor inte finns några externa krafter som tenderar att modifiera det tillståndet.

Både system och balansklasser att tänka på är mycket olika. Ett system kan vara en cell, en isig drink, ett plan fullt av passagerare, en person eller en maskin, för att bara nämna några exempel. De kan också isoleras, stängas eller öppna, beroende på om de kan byta energi och materia med sin miljö eller inte.

Cocktailkomponenter är i termisk jämvikt. Källa: Pexels.

En isolerat system Det interagerar inte med miljön, ingenting kommer in eller lämnar det. En systemets slutna Det kan byta energi men spelar ingen roll med den omgivande miljön. Slutligen, öppna system är fritt att utföra utbyten med miljön.

Tja, ett isolerat system som får utvecklas tillräckligt med tid, tenderar spontant till den termodynamiska balansen där dess variabler kommer att behålla sitt värde på obestämd tid. Och i fallet med ett öppet system måste dess värden vara desamma som i miljön.

Detta kommer att uppnås när alla jämviktsförhållanden som införs av varje typ i synnerhet är uppfyllda.

[TOC]

Balansklasser

Termisk jämvikt

En grundläggande jämviktsklass är termisk jämvikt, som finns i många vardagliga situationer, till exempel en kopp varmt kaffe och teskeden som socker rörs om.

Ett sådant system tenderar spontant att få samma temperatur efter en viss tid, varefter balansen anländer när alla delar är vid samma temperatur.

Medan det händer finns det en temperaturskillnad som driver värmeväxling i hela systemet. Varje system har tid att uppnå termisk balans och nå samma temperatur vid alla punkter, kallad avslappningstid.

Mekanisk balans

När trycket vid alla punkter i ett system är konstant är det i mekanisk balans.

Kan tjäna dig: densitet

Kemisk balans

han kemisk balans, Också kallas ibland materialbalans, Det nås när den kemiska sammansättningen av ett system förblir oföränderlig över tid.

I allmänhet beaktas ett system i termodynamisk jämvikt när det är i termisk och mekanisk jämvikt samtidigt.

Termodynamiska variabler och tillståndsekvation

Variablerna som studeras för att analysera den termodynamiska balansen i ett system är olika, de mest använda trycket, volymen, massan och temperaturen är den mest använda. Andra variabler inkluderar position, hastighet och andra vars val beror på systemet som studeras.

Hur man kan ange koordinaterna för en punkt gör det så möjligt. När systemet är i balans uppfyller dessa variabler en relation som kallas Tillståndsekvation.

Tillståndsekvationen är en funktion av de termodynamiska variablerna vars form i allmänhet är:

f (p, v, t) = 0

Där P är trycket är V volymen och T är temperaturen. Naturligtvis kan tillståndsekvationen uttryckas i termer av andra variabler, men som har sagts tidigare är dessa de mest använda variablerna för att karakterisera termodynamiska system.

En av de mest kända tillståndsekvationerna är av idealiska gaser Pv = nrt. Här n Det är antalet mol, atomer eller molekyler och R Det är Boltzmanns konstant: 1.30 x 10^-23 J/K (Joule/Kelvin).

Den termodynamiska balansen och nolllagen för termodynamik

Anta att det finns två termodynamiska system A och B med en termometer som vi kommer att kalla T, som sätter kontakt med systemet vid den tiden nog för att A och T ska ha samma temperatur. I detta fall kan det säkerställas att A och T är i termisk jämvikt.

Kan tjäna dig: aerostatisk ballong: historia, egenskaper, delar, hur det fungerarMed hjälp av en termometer är nolllagen för termodynamik bevisad. Källa: Pexels.

Samma procedur med system B och T upprepas nedan. Om temperaturen på B visar sig vara densamma som för A, är A och B i termisk jämvikt. Detta resultat kallas nolllag eller nollprincip för termodynamik, som formellt anges:

Om två A- och B -system är i termisk jämvikt vardera oberoende med ett tredje T -system, är det möjligt att bekräfta att A och B är i termisk jämvikt med varandra.

Och från denna princip avslutas följande:

Ett system är i termodynamisk jämvikt när alla dess delar är vid samma temperatur.

Därför kan två kroppar i termisk kontakt som inte är vid samma temperatur inte beaktas i termodynamisk jämvikt.

Entropi och termodynamisk balans

Det som driver ett system för att uppnå termisk balans är Entropi, En storlek som indikerar hur nära systemet är att balansera, vilket är en indikation på dess störning. Ju större störning, det finns mer entropi, det motsatta händer om ett system är mycket ordnat, går ner i detta fall entropin.

Statusen för termisk jämvikt är just tillståndet för maximal entropi, vilket innebär att alla isolerade system riktas mot ett tillstånd av större störning spontant.

Nu styrs överföringen av termisk energi i systemet av förändringen i dess entropi. Låt entropin och beteckna med den grekiska bokstaven "delta" förändringen i det: ΔS. Förändringen som leder till systemet från ett initialt tillstånd till ett annat slut definieras som:

Där Q är mängden värme (i Joules) och T är temperaturen (i Kelvin), så att SI (internationella system) enheter för entropi och byte av entropi är Joules/Kelvin (J/K).

Det kan tjäna dig: diskret variabel: egenskaper och exempel

Denna ekvation gäller endast för reversibla processer. Process där systemet helt kan återgå till sina initiala förhållanden och vid varje punkt på vägen är det i termodynamisk jämvikt.

Exempel på system med ökande entropi

- Vid värmeöverföring från en varmare till en kallare kropp ökar entropin tills båda temperaturen är densamma, varefter dess värde förblir konstant om systemet är isolerat.

- Ett annat exempel på ökande entropi är lösningen av natriumklorid i vatten, tills den når balansen eftersom saltet har upplösts helt.

- I ett fast ämne som smälter entropin också ökar, eftersom molekylerna går från en mer ordnad situation, som är en fast, till en mer oordning som vätska.

- I vissa typer av spontan radioaktivt förfall ökar det resulterande antalet partiklar och med det systemets entropi. I andra nedgångar där partikelförintelse inträffar finns det masstransformation till kinetisk energi som så småningom sprider värme och ökar också entropi.

Sådana exempel visar det faktum att den termodynamiska balansen är relativ: ett system kan vara i termodynamisk jämvikt lokalt, till exempel om kaffekoppen + teskedsystemet övervägs.

Emellertid kunde kaffekoppen + tesked + miljömiljön inte vara i termisk jämvikt förrän kaffe har svalnat helt.

Referenser

1. Bauer, w. 2011. Fysik för teknik och vetenskap. Volym 1. MC Graw Hill. 650-672.
2. Cengel och. 2012. Termodynamik. 7^ma Utgåva. McGraw Hill. 15-25 och 332-334.
3. Termodynamik. Återhämtat sig från: ugr.är.
4. National University of Rosario. Fysiookemi i. Återhämtat sig från: återhämtning.a r.Edu.ar
5. Watkins, T. Entropi och den andra lagen om termodynamik i del- och kärnkraftsinteraktioner. San Jose State University. Återhämtat sig från: SJSU.Edu.
6. Wikipedia. Themodynamisk jämvikt. Återhämtad från: in.Wikipedia.org.