ZA układ termodynamiczny lub substancja robocza jest częścią wszechświata wybraną do badania termodynamicznego. Jest to bardzo szeroka definicja, ponieważ układ termodynamiczny może być rozległy jak galaktyka lub może być małą ilością gazu zawartego w cylindrze..
Wszystko, co otacza system termodynamiczny, łącznie z masą i przestrzenią, jest jego otoczeniem lub otoczeniem. Nie chodzi o resztę wszechświata, ale tylko o środowisko, które może wpływać na system.
W systemie termodynamicznym wymiana masy lub energii między układem a otoczeniem jest możliwa, w zależności od rodzaju układu, będącego środowiskiem, w którym znajdują się badający go obserwatorzy.
W analizie układu termodynamicznego ważne jest ustalenie granice (granice lub ściany), które mogą być stałe lub ruchome. Szklany lub metalowy słoik ma stałe ściany, ale tłok lub tłok ma ruchome ściany..
Jako taka, granica może być rzeczywistą lub urojoną powierzchnią, ale w idealnym przypadku ma zerową grubość, pewną sztywność i inne cechy, które są opisane matematycznie..
Wyimaginowane granice są niezbędne podczas badania układów, które same są częścią znacznie większych układów, takich jak gwiazda w mgławicy..
Ewentualna wymiana ciepła między systemem a jego otoczeniem jest głównym celem termodynamiki. Dlatego ściany, które umożliwiają wymianę, nadano specjalną nazwę: adiabatyczna, natomiast te, które na to nie pozwalają i izolują system, są diatermiczne..
Indeks artykułów
Istnieją różne typy układów termodynamicznych, które są klasyfikowane według ich zdolności do wymiany materii i energii z otoczeniem, w ten sposób otrzymujemy:
Dozwolona jest wymiana materii i energii z zewnętrzem, dlatego też są nazywane regulacja głośności.
W ten sposób modeluje się wiele systemów w inżynierii, na przykład domowe podgrzewacze wody i grzejniki samochodowe..
Znane są również jako masa kontrolna i charakteryzują się brakiem wymiany materii z otoczeniem. Dlatego jego masa jest stała, jednak energia może przekroczyć jej granicę, jako ciepło lub praca. W ten sposób głośność systemu może się zmieniać.
Są to systemy zamknięte, w których zapobiega się wymianie ciepła, pracy lub jakiejkolwiek formy energii z otoczeniem.
Opisane systemy zostały sklasyfikowane ze względu na ich zdolność do wymiany z otoczeniem, ale nie jest to jedyne kryterium. Systemy termodynamiczne mogą być również jednorodne i niejednorodne.
Czyste substancje są dobrymi przykładami jednorodnych systemów, takich jak sól kuchenna przechowywana w solniczce. Wręcz przeciwnie, połączenie ciekłej wody i pary wodnej jest układem niejednorodnym, ponieważ jest to około dwóch różnych stanów, których właściwości różnią się.
Jak widzieliśmy, systemy termodynamiczne obejmują zakres od najprostszych do najbardziej złożonych. Jednak studiując je, wygodnie jest je dokładnie zdefiniować i spróbować znaleźć wszystkie sposoby na uproszczenie analizy..
Zobaczmy kilka przykładów rzeczywistych systemów, które towarzyszą nam w życiu codziennym:
To bardzo prosty i poglądowy system termodynamiczny, a także dobry sposób na przyrządzanie potraw. Zawartość pojemnika, czy to jaja, mieszanka na ciasto czy jakikolwiek inny preparat, to układ termodynamiczny, podczas gdy kąpiel wodna stanowi środowisko lub środowisko.
Podczas podgrzewania wody ciepło przepływa do systemu przez granicę zbiornika.
Szybkość gotowania potraw zależy od kilku czynników, z których jednym jest materiał naczynia: ceramiczny czy metalowy. Wiemy, że metal jest dobrym przewodnikiem ciepła, więc spodziewamy się, że zawartość szybko się nagrzeje, jeśli używany jest garnek stalowy lub aluminiowy..
Zamiast podgrzewać system, możesz chcieć schłodzić, na przykład podgrzać przegrzaną butelkę mleka dla niemowląt. W tym przypadku system oddaje ciepło do kąpieli wodnej.
Kuchnia to doskonałe miejsce na odnalezienie procesów termodynamicznych. Przykładem otwartego systemu jest sos, kurczak lub inna żywność gotowana na otwartej patelni, ponieważ dopuszcza się tam wszelkiego rodzaju wymianę z otoczeniem: dodawanie przypraw, innych składników i modyfikowanie dodawanego ciepła.
W silniku spalinowym samochodów, motocykli, samolotów i łodzi znajduje się mieszanina gazu (powietrza) i paliwa, która jest przygotowywana w gaźniku i trafia do cylindra, gdzie pod wpływem spalania staje się mieszaniną różnych gazów..
Ponieważ skład mieszanki zmienia się w całym cyklu roboczym, jest to złożony i niejednorodny układ termodynamiczny.
Kawa lub herbata dłużej pozostają gorące w termosie. Jest to pojemnik ze ściankami izolacyjnymi, właśnie po to, aby nasz system - gorący napój - nie oddawał ciepła do otoczenia i go schładzał..
W rzeczywistości termos to dwa pojemniki, pomiędzy którymi jest wytwarzana częściowa próżnia, aby uniknąć obecności ośrodka, takiego jak powietrze, które pomaga przewodzić ciepło z wnętrza pojemnika na zewnątrz..
Oczywiście termos działa również odwrotnie, służy do dłuższego utrzymywania zimnych napojów.
Jajka, które spożywamy jako pożywienie, są doskonałymi przykładami zamkniętych układów termodynamicznych, ale pozwalają na wymianę energii z otoczeniem. Skorupa jaja pozwala na wylęganie się zarodka przez ciepło kury, a także na przepływ gazów.
Komórka jest podstawową jednostką żywych istot i jest cudownie wydajnym systemem termodynamicznym. W związku z tym każdą żywą istotę można również uznać za złożony system termodynamiczny.
Błona komórkowa wyściełająca struktury wewnętrzne, takie jak jądro i mitochondria, stanowi granicę między systemem a środowiskiem. Pozwala to na wymianę energii, napływ substancji odżywczych z zewnątrz i wydostawanie się odpadów.
Konserwy są typowymi przykładami zamkniętych systemów termodynamicznych.
Woda wewnątrz podgrzewacza jest otwartym systemem termodynamicznym, ponieważ konieczne jest, aby ciepło docierało do wody, zwykle z oporu elektrycznego, który jest podgrzewany, jeśli podgrzewacz jest elektryczny, lub przez energię słoneczną lub płomień pochodzący z zapalniczki gaz.
Jeszcze bez komentarzy