Termodinamične spremenljivke, ki so in rešene vaje

The Termodinamične spremenljivke o State spremenljivke so tiste makroskopske velikosti, ki so značilne za termodinamični sistem, najbolj znani so tlak, volumen, temperatura in masa. So zelo koristne v opisu sistemov z več vhodi in izhodi. Obstajajo številne enako pomembne spremenljivke stanja, razen že omenjenih. Izbira je odvisna od sistema in njegove zapletenosti.

Letalo, polno potnikov ali avtomobila.

Slika 1. Letalo je mogoče preučiti kot termodinamični sistem. Vir: Pixabay.

Če je mogoče določiti toliko spremenljivk, ko se spremenljivka šteje za stanje? Se štejejo za takšno, v katerem postopek, s katerim spremenljivka pridobi svojo vrednost, ni pomemben.

Po drugi strani, ko narava preobrazbe vpliva na končno vrednost spremenljivke, se ne šteje več za spremenljivko države. Pomembni primeri teh so delo in toplota.

Poznavanje spremenljivk države omogoča, da se sistem fizično opisuje v določenem času_tudi. Zahvaljujoč izkušnji se ustvarijo matematični modeli, ki opisujejo njihov razvoj skozi čas in napovedujejo stanje v času t> t_tudi.

[TOC]

Intenzivne, obsežne in specifične spremenljivke

V primeru plina, ki je sistem, ki ga pogosto preučujemo v termodinamiki, masa Je ena glavnih in temeljnih državnih spremenljivk vsakega sistema. Je povezan s količino snovi, ki jo vsebuje. V mednarodnem sistemu se meri v kg.

Masa je v sistemu zelo pomembna in termodinamične lastnosti so razvrščene tako, kot so odvisne ali ne:

Vam lahko služi: voltmeter: značilnosti, delovanje, za kaj je, vrste

-Intenzivno: so neodvisni od mase in velikosti, na primer temperature, tlaka, viskoznosti in na splošno tisti, ki razlikujejo sistem od drugega.

-Obsežno: Tisti, ki se razlikujejo glede na velikost sistema in njene mase, kot so teža, dolžina in volumen.

-Specifično: tiste, pridobljene z izražanjem obsežnih lastnosti na enoto mase. Med njimi sta specifična gravitacija in specifični volumen.

Če želite razlikovati med vrstami spremenljivk, si predstavljajte, da sistem razdelite na dva enaka dela: če velikost ostane enaka pri vsakem, je intenzivna spremenljivka. Če ni, se njegova vrednost zmanjša na polovici.

-Tlak, prostornina in temperatura

Glasnost

To je prostor, ki ga zaseda sistem. Volumska enota v mednarodnem sistemu je kubični meter: m³. Druge široko uporabljene enote vključujejo kubične palce, kubične stopala in liter.

Pritisk

Gre za skalarno velikost, ki jo daje količnik med pravokotno komponento sile, ki se nanaša na telo, in območjem tega. Tlačna enota v mednarodnem sistemu je Newton /M² o Pascal (PA).

Poleg Pascala ima tlak številne enote, ki se uporabljajo v skladu z obsegom. Med njimi so PSI, atmosfera (ATM), palice in milimetri živega srebra (MMHG).

Temperatura

V svoji mikroskopski interpretaciji je temperatura merilo kinetične energije molekul, ki predstavljajo preučevanje plina. In na makroskopski ravni označuje smer toplotnega toka s stikom z dvema sistemima.

Temperaturna enota v mednarodnem sistemu je Kelvin (K), poleg tega pa sta tudi lestvica Celzija (ºC) in Fahrenheit (ºF) (ºF).

Vam lahko služi: Brayton Cicl: Process, učinkovitost, aplikacije, vaje

Rešene vaje

Ta razdelek bo uporabil enačbe za pridobitev vrednosti spremenljivk, ko je sistem v določeni situaciji. To je približno Državne enačbe.

Državna enačba je matematični model, ki uporablja spremenljivke stanja in vedenje sistema modelov. Predmet študija je predlagan kot idealen plin, ki ga sestavljajo nabor molekul, ki se lahko prosto premikajo, vendar brez interakcije med njimi.

Predlagana enačba statusa za idealne pline je:

Str.V = n.k.T

Kje Str To je pritisk, V To je glasnost, N To je število molekul in k To je Boltzmannova konstanta.

-Vaja 1

Napihnili ste pnevmatike vašega avtomobila ob pritisku, ki ga priporoča proizvajalec 3.21 × 10⁵ PA, na mestu, kjer je bila temperatura -5.00 ° C, zdaj pa želi iti na plažo, kjer je 28 ° C. S povečanjem temperature se je prostornina pnevmatike povečala za 3%.

Slika 2. S povečanjem temperature z -5 ° C na 28 ° C se zrak pnevmatik razširi in če ni izgub. Tlak se poveča. Vir: Pixabay.

Poiščite končni tlak v pnevmatiki in navedite, ali je presegla toleranco, ki jo je dal proizvajalec, ki ne sme presegati 10% priporočenega tlaka.

Rešitev

Na voljo je idealni model plina, zato se domneva, da zrak pnevmatik sledi dani enačbi. To bo pomenilo tudi, da v pnevmatikah ni izgub zraka, zato je število molov konstantno:

Začetno število molekul (pri -5 ° C) = število končnih molekul (pri 28 ° C)

(P.V/ k .T) _začetno = (Str.V/ k.T)_finale

Vključuje pogoj, da se je končni obseg povečal za 3%:

Vam lahko služi: vzporedno vezje

(P.V/t) _začetno= 1.03V_začetno (P /T)_finale

Znani podatki se zamenjajo in končni tlak se očisti. Pomembno: Temperatura mora biti izražena v Kelvinu: T(K) = t (° C) + 273.petnajst

(P/T) _finale = (P/T) _začetno /1.03 = (3.21 × 10⁵ Pa / (-5 + 273.15 K) /1.03 = 1.16 x 10³ Pa/k

Str _finale = (28 + 273.15 K) _x1.16 _x 10³ Pa/k = 3.5 x 10⁵ Pa.

Proizvajalec je navedel, da je toleranca 10 %, zato je največja vrednost tlaka:

Str _največ = 3.21 × 10⁵ PA + 0.1 x 3.21 × 10⁵ Pa = 3.531 × 10⁵ Pa

Lahko mirno potujete na plažo, vsaj kar zadeva pnevmatike, saj ni presegla uveljavljene meje tlaka.

Vaja 2

Idealen plin ima prostornino 30 litrov pri temperaturi 27 ° C in njegovega tlaka 2 atm. Če ohranite konstantno tlačno.

Rešitev

Gre za postopek konstantnega tlaka (izobarični postopek). V tem primeru je enačba idealnega stanja plina poenostavljena na:

Str _začetno = P _finale

(N.k.TV)_začetno= (N.k.TV)_finale

(TV) _začetno= (T/V) _finale

Rezultat, znan kot Charlesov zakon. Na voljo so podatki:

V _začetno = 30 l; T_začetno = 27 ° C = (27 + 273.15 K) = 300.15 K; T _finale = (-13+273.15 K) = 260.15 K

Čiščenje in zamenjava:

V _finale = V _začetno . (T _finale /T _začetno) = 30 l . (260.15 K)/(300.15 K) = 26 l.

Reference

1. Borgnakke. 2009. Osnove termodinamike. 7^th Izdaja. Wiley in sinovi. 13-47.
2. Cengel in. 2012. Termodinamika. 7^ma Izdaja. McGraw Hill. 2-6.
3. Temeljni koncepti termodinamičnih sistemov. Okrevano od: TextScientificas.com.
4. Engel, t. 2007. Uvod v fizikokemijo: termodinamika. Pearson. 1-9.
5. Nag, str.K. 2002. Osnovna in uporabna termodinamika. Tata McGraw Hill. 1-4.
6. Univerza v Navojoi. Osnovna fizikacija. Okreval od: fqb-unav.Forosaktivno.mreža