Plik zmienne termodynamiczne lub zmiennymi stanu są te makroskopowe wielkości, które charakteryzują system termodynamiczny, z których najbardziej znane to ciśnienie, objętość, temperatura i masa. Są bardzo przydatne przy opisywaniu systemów z wieloma wejściami i wyjściami. Poza wymienionymi powyżej istnieje wiele równie ważnych zmiennych stanu. Dokonany wybór zależy od systemu i jego złożoności.
Samolot pełen pasażerów lub samochód można uznać za systemy, a ich zmienne obejmują, oprócz masy i temperatury, ilość paliwa, położenie geograficzne, prędkość, przyspieszenie i oczywiście wiele innych..
Jeśli można zdefiniować tak wiele zmiennych, kiedy zmienną uznaje się za stan? Te, w których proces uzyskiwania wartości przez zmienną nie ma znaczenia, są uważane za takie..
Z drugiej strony, gdy charakter transformacji wpływa na końcową wartość zmiennej, nie jest ona już uważana za zmienną stanu. Ważnymi tego przykładami są praca i ciepło.
Znajomość zmiennych stanu pozwala na fizyczny opis systemu w zadanym czasie tlub. Dzięki doświadczeniu powstają modele matematyczne, które opisują ich ewolucję w czasie i przewidują stan w czasie t> tlub.
Indeks artykułów
W przypadku gazu, który jest układem często badanym w termodynamice, rozszerzenie masa Jest to jedna z głównych i fundamentalnych zmiennych stanu dowolnego systemu. Jest to związane z ilością zawartej w nim materii. W systemie międzynarodowym jest mierzona w kg.
Masa jest bardzo ważna w systemie, a właściwości termodynamiczne są klasyfikowane w zależności od tego, czy od niej zależą:
-Intensywne: są niezależne od masy i rozmiaru, na przykład temperatury, ciśnienia, lepkości i ogólnie tych, które odróżniają jeden system od drugiego.
-Obszerne: takie, które różnią się wielkością systemu i jego masą, na przykład wagę, długość i objętość.
-Specyficzne: te otrzymane przez wyrażenie rozległych właściwości na jednostkę masy. Wśród nich są ciężar właściwy i objętość właściwa.
Aby rozróżnić typy zmiennych, wyobraź sobie podział systemu na dwie równe części: jeśli wielkość pozostaje taka sama w każdej z nich, jest to zmienna intensywna. Jeśli tak nie jest, jego wartość spada o połowę.
Jest to przestrzeń zajmowana przez system. Jednostką objętości w systemie międzynarodowym jest metr sześcienny: m3. Inne powszechnie stosowane jednostki to cale sześcienne, stopy sześcienne i litr..
Jest to wielkość skalarna wynikająca z ilorazu składowej prostopadłej siły działającej na ciało i jego powierzchni. Jednostką ciśnienia w układzie międzynarodowym jest niuton / mdwa lub Pascal (Pa).
Oprócz Pascala ciśnienie ma wiele jednostek, które są używane zgodnie z zakresem. Należą do nich psi, atmosfera (atm), bary i milimetry słupa rtęci (mmHg)..
W swojej interpretacji na poziomie mikroskopowym temperatura jest miarą energii kinetycznej cząsteczek tworzących badany gaz. A na poziomie makroskopowym wskazuje kierunek przepływu ciepła podczas stykania się dwóch systemów.
Jednostką temperatury w systemie międzynarodowym jest kelwin (K), istnieją również skale Celsjusza (ºC) i Fahrenheita (ºF)..
W tej sekcji równania zostaną użyte do uzyskania wartości zmiennych, gdy system znajduje się w określonej sytuacji. Chodzi o równania stanu.
Równanie stanu to model matematyczny, który wykorzystuje zmienne stanu i modeluje zachowanie systemu. Jako przedmiot badań proponuje się gaz doskonały, który składa się z zestawu cząsteczek zdolnych do swobodnego poruszania się, ale bez interakcji między sobą..
Proponowane równanie stanu dla gazów doskonałych to:
P.V = N.k.T.
Gdzie P. to ciśnienie, V to objętość, N to liczba cząsteczek i k jest stała Boltzmanna.
Napompowałeś opony swojego samochodu do zalecanego przez producenta ciśnienia 3,21 × 105 Pa, w miejscu, gdzie temperatura wynosiła -5,00 ° C, ale teraz chce iść na plażę, gdzie jest 28 ° C. Wraz ze wzrostem temperatury objętość opony wzrosła o 3%.
Znajdź ciśnienie końcowe w oponie i wskaż, czy przekroczyło tolerancję podaną przez producenta, która nie może przekroczyć 10% ciśnienia zalecanego.
Dostępny jest model gazu doskonałego, dlatego zakłada się, że powietrze w oponach będzie zgodne z podanym równaniem. Zakłada również, że w oponach nie ma wycieków powietrza, więc liczba pieprzyków jest stała:
początkowa liczba cząsteczek (przy -5 ºC) = końcowa liczba cząsteczek (przy 28 ºC)
(P.V / k .T) Inicjał = (P.V / k.T)finał
Uwzględniono warunek, że ostateczna objętość wzrosła o 3%:
(P.V / T) Inicjał= 1,03 V.Inicjał (P / T)finał
Znane dane są zastępowane, a ciśnienie końcowe zostaje usunięte. Ważne: temperaturę należy wyrazić w kelwinach: T(K) = T (° C) + 273,15
(P / T) finał = (P / T) Inicjał /1.03 = (3,21 x 105 Pa / (-5 + 273,15 K)) / 1,03 = 1,16 x 103 Pa / K
P. finał = (28 + 273,15 K) x1.16 x 103 Pa / K = 3,5 x 105 Rocznie.
Producent wskazał, że tolerancja wynosi 10%, dlatego maksymalna wartość ciśnienia to:
P. maksymalny = 3,21 x 105 Pa + 0,1 x 3,21 x 105 Pa = 3,531 × 105 Rocznie
Możesz bezpiecznie dojechać na plażę, przynajmniej jeśli chodzi o opony, ponieważ nie przekroczyłeś ustalonego limitu ciśnienia.
Idealny gaz ma objętość 30 litrów w temperaturze 27 ° C i ciśnieniu 2 atm. Utrzymując ciśnienie na stałym poziomie, znajdź jego objętość, gdy temperatura osiągnie -13 ° C.
Jest to proces pod stałym ciśnieniem (proces izobaryczny). W takim przypadku równanie stanu gazu doskonałego upraszcza się do:
P. Inicjał = P finał
(N.k.T / V)Inicjał= (N.k.T / V)finał
(TELEWIZJA) Inicjał= (T / V) finał
Ten wynik jest znany jako prawo Charlesa. Dostępne dane to:
V Inicjał = 30 L; TInicjał = 27 ° C = (27 + 273,15 K) = 300,15 K; T finał = (- 13 + 273,15 K) = 260,15 K.
Rozwiązywanie i zastępowanie:
V finał = V Inicjał . (T finał / T Inicjał) = 30 l. (260,15 K) / (300,15 K) = 26 l.
Jeszcze bez komentarzy