- Intensyvūs, išsamūs ir specifiniai kintamieji
- -Slėgis, tūris ir temperatūra
- Tomas
- Slėgis
- Temperatūra
- Išspręsta mankšta
- - 1 pratimas
- Sprendimas
- 2 pratimas
- Sprendimas
- Nuorodos
Kad termodinaminės kintamieji arba būsenos kintamųjų yra tie makroskopines kiekiai, apibūdinančios Termodinaminio sistemą, Tipiškiausias slėgio, tūris, temperatūrą ir masę. Jie yra labai naudingi apibūdinant sistemas, turinčias daug įėjimų ir išėjimų. Be jau minėtų, yra daugybė vienodai svarbių būsenos kintamųjų. Atliktas pasirinkimas priklauso nuo sistemos ir jos sudėtingumo.
Lėktuvas, kuriame pilna keleivių, arba automobilis, gali būti laikomas sistemomis, o jų kintamieji, be masės ir temperatūros, apima degalų kiekį, geografinę padėtį, greitį, pagreitį ir, žinoma, daug daugiau.
1 pav. Lėktuvą galima ištirti kaip termodinaminę sistemą. Šaltinis: „Pixabay“.
Jei galima apibrėžti tiek daug kintamųjų, kada laikoma, kad kintamasis yra būsena? Tokiais laikomi tie, kuriuose procesas, kurio metu kintamasis įgyja savo vertę, nėra reikšmingas.
Kita vertus, kai transformacijos pobūdis daro įtaką galutinei kintamojo vertei, jis nebelaikomas būsenos kintamuoju. Svarbūs jų pavyzdžiai yra darbas ir šiluma.
Būsenos kintamųjų žinios leidžia fiziškai apibūdinti sistemą per tam tikrą laiką t o . Patirties dėka sukuriami matematiniai modeliai, apibūdinantys jų kitimą bėgant laikui ir prognozuojantys būseną t> t o .
Intensyvūs, išsamūs ir specifiniai kintamieji
Dujų, kurios yra termodinamikoje dažnai tiriamos sistemos, atveju masė yra vienas iš pagrindinių bet kurios sistemos būklės ir pagrindinių kintamųjų. Jis susijęs su jame esančiu materijos kiekiu. Tarptautinėje sistemoje jis matuojamas kg.
Masė yra labai svarbi sistemoje ir termodinaminės savybės klasifikuojamos pagal tai, ar jos priklauso, ar ne:
- Intensyvūs: jie nepriklauso nuo masės ir dydžio, pavyzdžiui, nuo temperatūros, slėgio, klampumo ir apskritai tų, kurie skiria vieną sistemą nuo kitos.
- Platus: tas, kuris skiriasi priklausomai nuo sistemos dydžio ir masės, pavyzdžiui, svorio, ilgio ir tūrio.
- Specifiniai: gaunami išreiškiant dideles masės vieneto savybes. Tarp jų yra savitasis sunkis ir specifinis tūris.
Jei norite atskirti kintamųjų tipus, įsivaizduokite sistemos padalijimą į dvi lygias dalis: jei kiekvienoje didumas išlieka tas pats, tai yra intensyvusis kintamasis. Jei jo nėra, jo vertė sumažinama per pusę.
-Slėgis, tūris ir temperatūra
Tomas
Tai erdvė, kurią užima sistema. Tarptautinės sistemos tūrio vienetas yra kubinis metras: m 3 . Kiti plačiai naudojami vienetai yra kubiniai coliai, kubinės pėdos ir litras.
Slėgis
Tai yra skaliarinis dydis, kurį skiria koeficientas tarp statmenai kūnui tenkančios jėgos ir jos ploto. Slėgio vienetas tarptautinėje sistemoje yra niutonas / m 2 arba Paskalis (Pa).
Be Paskalio, slėgis turi daugybę vienetų, kurie naudojami pagal taikymo sritį. Tai apima psi, atmosferą (atm), strypus ir gyvsidabrio milimetrus (mmHg).
Temperatūra
Aiškinant ją mikroskopiniu lygiu, temperatūra yra molekulių, iš kurių susidaro tiriamosios dujos, kinetinės energijos matas. Makroskopiniu lygiu tai rodo šilumos srauto kryptį, kai liečiamos dvi sistemos.
Temperatūros vienetas tarptautinėje sistemoje yra Kelvinas (K), taip pat yra Celsijaus (ºC) ir Farenheito (ºF) skalės.
Išspręsta mankšta
Šiame skyriuje lygtys bus naudojamos kintamųjų vertėms gauti, kai sistema yra tam tikroje situacijoje. Kalbama apie būsenų lygtis.
Būsenos lygtis yra matematinis modelis, kuris naudoja būsenos kintamuosius ir modeliuoja sistemos elgseną. Tyrimo objektu siūlomos idealios dujos, kurias sudaro molekulių rinkinys, galintis laisvai judėti, bet nesąveikaudamas tarpusavyje.
Siūloma idealiųjų dujų būklės lygtis:
Kur P yra slėgis, V yra tūris, N yra molekulių skaičius, o k yra Boltzmanno konstanta.
- 1 pratimas
Savo automobilio padangas pripūtė iki gamintojo rekomenduojamo slėgio - 3,21 × 10 5 Pa - toje vietoje, kur temperatūra buvo –5,00 ° C, bet dabar norisi važiuoti į paplūdimį, kur yra 28 ° C. Pakilus temperatūrai, padangos tūris padidėjo 3%.
2 pav. Kai temperatūra pakyla nuo -5ºC iki 28ºC, oras padangose išsiplečia ir nėra nuostolių. slėgis padidėja. Šaltinis: „Pixabay“.
Raskite galutinį slėgį padangose ir nurodykite, ar jis viršijo gamintojo nurodytą leistiną nuokrypį, kuris neturi viršyti 10% rekomenduojamo slėgio.
Sprendimas
Yra idealus dujų modelis, todėl manoma, kad oras padangose atitiks nurodytą lygtį. Taip pat bus daroma prielaida, kad padangose nėra oro nuotėkio, todėl apgamų skaičius yra pastovus:
Įtraukiama sąlyga, kad galutinė apimtis padidėjo 3%:
Pakeičiami žinomi duomenys ir pašalinamas galutinis slėgis. Svarbu: temperatūra turi būti išreikšta kelvinu: T (K) = T (° C) + 273,15
Gamintojas nurodė, kad leistinas nuokrypis yra 10%, todėl didžiausia slėgio vertė yra:
Galite saugiai keliauti į paplūdimį, bent jau kiek tai susiję su padangomis, nes neviršijote nustatytos slėgio ribos.
2 pratimas
Idealių dujų tūris yra 30 litrų, esant 27 ° C temperatūrai, o jų slėgis - 2 atm. Laikydami pastovų slėgį, suraskite jo tūrį, kai temperatūra peržengs –13 ºC.
Sprendimas
Tai yra nuolatinis slėgio procesas (izobarinis procesas). Tokiu atveju idealioji dujų būsenos lygtis supaprastėja iki:
Šis rezultatas žinomas kaip Charleso įstatymas. Turimi šie duomenys:
Sprendimas ir pakeitimas:
Nuorodos
- Borgnakke. 2009. Termodinamikos pagrindai. 7 -asis leidimas. Vilis ir sūnūs. 13–47.
- Cengel, Y. 2012. Termodinamika. 7 ma leidimas. McGraw Hill. 2–6.
- Pagrindinės termodinaminių sistemų sąvokos. Atkurta iš: textchemicalos.com.
- Engel, T. 2007. Fizikochemijos įvadas: Termodinamika. Pearsonas. 1-9.
- Nag, PK 2002. Pagrindinė ir taikomoji termodinamika. Tata McGraw Hill. 1-4.
- Navojoa universitetas. Pagrindinė fizikochemija. Atkurta iš: fqb-unav.forosactivos.net