Termodünaamiliste protsesside tüübid ja näited



The termodünaamilised protsessid need on füüsilised või keemilised nähtused, mis hõlmavad soojuse (energia) või süsteemi ja selle ümbruse vahelist tööd. Soojusest rääkides tuleb ratsionaalselt meelde tulekujutist, mis on protsess, mis vabastab palju soojusenergiat..

Süsteem võib olla nii makroskoopiline (rong, rakett, vulkaan) kui ka mikroskoopiline (aatomid, bakterid, molekulid, kvantpunktid jne). See on eraldatud ülejäänud universumist, et kaaluda soojust või tööd, mis sisenevad või lahkuvad sellest.

Kuid mitte ainult soojusvoog on olemas, vaid ka süsteemid võivad tekitada muutusi oma keskkonnamuutujana, arvestades vastavat nähtust. Termodünaamiliste seaduste kohaselt peab vastuse ja soojuse vahel olema kompensatsioon, et aine ja energia säiliksid alati.

Ülaltoodu kehtib makroskoopiliste ja mikroskoopiliste süsteemide puhul. Erinevus esimese ja viimase vahel on need muutujad, mida peetakse nende energiaolukordade määratlemiseks (sisuliselt esialgne ja viimane).

Kuid termodünaamiliste mudelite eesmärk on ühendada mõlemad maailmad, kontrollides muutujaid, nagu süsteemide rõhk, maht ja temperatuur, hoides mõned neist konstantidest uurida teiste mõju..

Esimene mudel, mis võimaldab sellist lähendamist, on ideaalsete gaaside (PV = nRT) arv, kus n on moolide arv, mis jagatakse mahu V vahel molaarse mahu järgi..

Seejärel, väljendades nende muutujate vahelisi muutusi süsteemi ümber, võib teisi määratleda kui töid (PV = W), mis on masinate ja tööstusprotsesside jaoks hädavajalikud.

Teisest küljest on keemiliste nähtuste jaoks suurem huvi ka termodünaamilise muutuja tüüp. Need on otseselt seotud energia vabanemise või imendumisega ning sõltuvad molekulide sisemisest olemusest: linkide moodustumine ja tüübid.

Indeks

  • 1 Termodünaamiliste protsesside süsteemid ja nähtused
    • 1.1 Füüsikalised ja keemilised nähtused
    • 1.2 Füüsiliste nähtuste näited
    • 1.3 Keemiliste nähtuste näited
  • 2 Termodünaamiliste protsesside tüübid ja näited
    • 2.1 Adiabaatilised protsessid
    • 2.2 Isotermilised protsessid
    • 2.3 Isobarilised protsessid
    • 2.4 Isokoorsed protsessid
  • 3 Viited

Termodünaamiliste protsesside süsteemid ja nähtused

Ülaltoodud pildil on esindatud kolm tüüpi süsteeme: suletud, avatud ja adiabaatilised.

Suletud süsteemis ei toimu materjali ülekandumist selle ja selle ümbruse vahel, nii et ükski asi ei saaks siseneda ega väljuda; aga võib energia ületada kasti piire. Teisisõnu: F-nähtus võib energiat vabastada või neelata, muutes seeläbi kasti kõrvale jäävat.

Teisest küljest on avatud süsteemis süsteemi horisontaaljooned punktiirjooned, mis tähendab, et nii energia kui ka materjal võivad selle ja ümbruse vahel tulla ja minna..

Lõpuks, isoleeritud süsteemis on aine ja energia vahetus selle ja ümbruse vahel null; sel põhjusel on kolmandas kastis kujutises mull. On vaja selgitada, et ümbrus võib olla ülejäänud universum ja et uuring on see, mis määrab, kui kaugele süsteemi ulatust kaaluda.

Füüsikalised ja keemilised nähtused

Mis on just see nähtus F? Tähega, mis on tähistatud tähega F ja kollase ringi piires, on nähtus muutus, mis võib olla materjali füüsiline muutmine või selle muundumine..

Mis vahe on? Järjekindlalt: esimene ei murda ega loo uusi linke, samas kui teine ​​teeb.

Seega võib kaaluda termodünaamilist protsessi vastavalt sellele, kas nähtus on füüsiline või keemiline. Siiski on mõlemal ühine mingi molekulaarse või aatomi omaduse muutus.

Näited füüsilistest nähtustest

Küttevesi potis põhjustab selle molekulide vaheliste kokkupõrgete suurenemise kuni punktini, kus selle aurude rõhk on võrdne atmosfäärirõhuga ja seejärel toimub faasi muutus vedelikust gaasini. Teisisõnu: vesi aurustub.

Siin ei purune veemolekulid ühtegi nende sidemetest, kuid nad läbivad energia muutusi; või mis on sama, muudetakse vee sisemist energiat U.

Millised on antud juhul termodünaamilised muutujad? Õhurõhk Pendine, küpsetusgaasi põlemisel tekkinud temperatuur ja vee maht.

Õhurõhk on konstantne, kuid vee temperatuur ei ole, kuna seda kuumutatakse; ega mahtu, sest selle molekulid laienevad ruumis. See on näide isobarilise protsessi füüsilisest nähtusest; see tähendab termodünaamilist süsteemi konstantsel rõhul.

Mis siis, kui paned vee mõnede oadega survepliidi sisse? Sellisel juhul jääb ruumala konstantseks (seni, kuni teravilja keetmisel rõhk ei vabane), kuid rõhu ja temperatuuri muutus.

Seda seetõttu, et toodetud gaas ei pääse välja ja pöörleb poti seintele ja vedeliku pinnale. Me räägime teisest füüsilisest nähtusest, aga isokoorse protsessi raames.

Keemiliste nähtuste näited

Mainiti, et mikroskoopilistele teguritele, näiteks molekulaar- või aatomistruktuurile, on iseloomulikud termodünaamilised muutujad. Millised on need muutujad? Gibbsi (S) entalpia (H), entroopia (S), sisemine energia (U) ja vaba energia.

Need sisemised aine muutujad on määratletud ja väljendatud makroskoopiliste termodünaamiliste muutujatena (P, T ja V) vastavalt valitud matemaatilisele mudelile (tavaliselt ideaalse gaasi mudel). Tänu sellele saab teha keemilisi nähtusi termodünaamilistes uuringutes.

Näiteks tahame uurida A + B => C tüüpi keemilist reaktsiooni, kuid reaktsioon toimub ainult temperatuuril 70 ° C. Lisaks tekitatakse C, D valmistamise asemel temperatuuridel üle 100 ° C.

Nendel tingimustel peab reaktor (reaktsioon, kus reaktsioon läbi viiakse) tagama püsiva temperatuuri umbes 70 ° C juures, nii et protsess on isotermiline.

Termodünaamiliste protsesside tüübid ja näited

Adiabaatilised protsessid

Need on need, kus süsteemi ja selle ümbruse vahel ei ole ülekannet. Seda pikemas perspektiivis tagab isoleeritud süsteem (mullis olev karp).

Näited

Selle näiteks on kalorimeetrid, mis määravad keemilisest reaktsioonist vabanenud või neeldunud soojuse koguse (põlemine, lahustumine, oksüdatsioon jne)..

Füüsiliste nähtuste piires on liikumine, mis tekitab kuuma gaasi kolvidele avaldatava surve tõttu. Samamoodi, kui õhu pressimine maapinnale surub, siis selle temperatuur tõuseb, kuna see on sunnitud laienema.

Teisest küljest, kui teine ​​pind on gaasiline ja selle tihedus on madalam, siis langeb see temperatuur kõrgema surve all, sundides oma osakesi kondenseeruma.

Adiabaatilised protsessid on ideaalsed paljude tööstusprotsesside jaoks, kus madalam soojuskadu toob kaasa madalama jõudluse, mis kajastub kuludes. Selle käsitlemiseks peab soojusvoog olema null või siseneva soojuse kogus peab olema võrdne süsteemi siseneva kogusega..

Isotermilised protsessid

Isotermilised protsessid on kõik need, kus süsteemi temperatuur jääb konstantseks. Seda tehakse töö tegemisel, nii et muud muutujad (P ja V) varieeruvad aja jooksul.

Näited

Seda tüüpi termodünaamilise protsessi näited on loendamatud. Sisuliselt toimub palju raku aktiivsust konstantsel temperatuuril (ioonide ja vee vahetus rakumembraanide kaudu). Keemilistes reaktsioonides käsitletakse kõiki termilise tasakaalu saavutavaid isotermilisi protsesse.

Inimese ainevahetus tagab sujuva keemilise reaktsiooni kaudu püsiva kehatemperatuuri (umbes 37 ° C). See saavutatakse tänu toidust saadavale energiale.

Faasimuutused on ka isotermilised protsessid. Näiteks, kui vedelik külmub, vabastab see soojust, vältides temperatuuri langust, kuni see on täielikult tahkes faasis. Kui see juhtub, võib temperatuur jätkuda, sest tahke aine ei vabasta enam energiat.

Ideaalsete gaasidega süsteemides on sisemise energia U muutus null, nii et kogu soojust kasutatakse töö tegemiseks.

Isobarilised protsessid

Nendes protsessides jääb süsteemisurve konstantseks, muutes selle mahtu ja temperatuuri. Üldjuhul võivad need esineda atmosfäärile avatud süsteemides või suletud süsteemides, mille piirid võivad deformeeruda mahu suurenemise tõttu, et neutraliseerida rõhu suurenemist.

Näited

Mootori sees olevates balloonides surub gaas kuumutamisel kolbi, mis muudab süsteemi mahtu..

Kui see nii ei ole, suureneks rõhk, kuna süsteemil ei ole mingit võimalust vähendada gaasiliste liikide kokkupõrkeid silindri seintele..

Isokoorsed protsessid

Isokoorsetes protsessides jääb maht konstantseks. Samuti võib pidada neid, mille puhul süsteem ei tekita tööd (W = 0).

Põhimõtteliselt on need füüsilised või keemilised nähtused, mida uuritakse ükskõik millises konteineris, olenemata sellest, kas see on agitatsioon või mitte.

Näited

Nende protsesside näideteks on toidu valmistamine, kohvi valmistamine, jäätise pudeli jahutamine, suhkru kristalliseerimine, vähese lahustuva sademe lahustumine, muu hulgas ioonivahetuskromatograafia..

Viited

  1. Jones, Andrew Zimmerman. (17. september 2016). Mis on termodünaamiline protsess? Võetud: thinkco.com
  2. J. Wilkes. (2014). Termodünaamilised protsessid. [PDF] Välja võetud: courses.washington.edu
  3. Uuring (9. august 2016). Termodünaamilised protsessid: isobariline, isokoorne, isotermiline ja adiabaatiline. Välja võetud: study.com
  4. Kevin Wandrei (2018). Millised on igapäevased näited termodünaamika esimesest ja teisest seadusest? Hearst Seattle Media, LLC. Välja võetud: education.seattlepi.com
  5. Lambert. (2006). Teine termodünaamika seadus. Välja võetud: entropysite.oxy.edu
  6. 15 Termodünaamika. [PDF] Välja võetud: wright.edu