Thermodynamische balansklassen en toepassingen

Hij Thermodynamisch evenwicht Uit een geïsoleerd systeem wordt het gedefinieerd als een evenwichtstoestand waarin de variabelen die het karakteriseren en die kunnen worden gemeten of berekend, geen veranderingen ervaren, omdat er vanwege hun staat van isolatie geen externe krachten zijn die de neiging hebben die toestand te wijzigen.

Zowel systemen als balansklassen zijn zeer divers. Een systeem kan een cel zijn, een ijzig drankje, een vliegtuig vol passagiers, een persoon of een machines, om slechts enkele voorbeelden te noemen. Ze kunnen ook geïsoleerd, gesloten of open worden, afhankelijk van of ze al dan niet energie kunnen uitwisselen en er toe doen met hun omgeving.

Cocktailcomponenten zijn in thermisch evenwicht. Bron: Pexels.

A geïsoleerd systeem Het interageert niet met de omgeving, niets komt binnen of verlaat het. A Systeem gesloten Het kan energie uitwisselen, maar maakt niet uit met de omliggende omgeving. eindelijk, de open systeem is vrij om beurzen uit te voeren met de omgeving.

Welnu, een geïsoleerd systeem dat voldoende tijd mag evolueren, neigt spontaan naar de thermodynamische balans waarin zijn variabelen zijn waarde voor onbepaalde tijd zullen behouden. En in het geval van een open systeem moeten de waarden dezelfde zijn als die in de omgeving.

Dit zal worden bereikt wanneer aan alle door elk type opgelegde evenwichtsvoorwaarden aan elk type is voldaan.

[TOC]

Balansklassen

Thermisch evenwicht

Een fundamentele evenwichtsklasse is de thermisch evenwicht, die aanwezig is in veel dagelijkse situaties, zoals een kopje warme koffie en de theelepel waarmee suiker wordt geroerd.

Een dergelijk systeem heeft spontaan de neiging om na een bepaalde tijd dezelfde temperatuur te verwerven, waarna de balans aankomt als alle onderdelen op dezelfde temperatuur zijn.

Hoewel dat gebeurt, is er een temperatuurverschil dat warmteverwisseling door het systeem drijft. Elk systeem heeft tijd om de thermische balans te bereiken en op alle punten dezelfde temperatuur te bereiken, genoemd, vrije tijd.

Mechanisch evenwicht

Wanneer de druk op alle punten van een systeem constant is, is deze in mechanische balans.

Kan u van dienst zijn: dichtheid

Chemische balans

Hij chemische balans, Ook soms wel genoemd materiële balans, Het wordt bereikt wanneer de chemische samenstelling van een systeem in de loop van de tijd onveranderlijk blijft.

Over het algemeen wordt een systeem in het thermodynamisch evenwicht beschouwd wanneer het tegelijkertijd in thermisch en mechanisch evenwicht is.

Thermodynamische variabelen en staatsvergelijking

De variabelen die worden bestudeerd om de thermodynamische balans van een systeem te analyseren, zijn divers, de meest gebruikte de druk, het volume, de massa en de temperatuur zijn de meest gebruikte. Andere variabelen zijn de positie, snelheid en anderen wier selectie afhankelijk is van het bestudeerde systeem.

Dus hoe de coördinaten van een punt aan te geven, maakt het mogelijk. Zodra het systeem in balans is, voldoen deze variabelen aan een relatie die bekend staat als Staatsvergelijking.

De toestandsvergelijking is een functie van de thermodynamische variabelen waarvan de vorm in het algemeen is:

f (p, v, t) = 0

Waarbij p de druk is, v is het volume en t is de temperatuur. Natuurlijk kan de staatsvergelijking worden uitgedrukt in termen van andere variabelen, maar zoals eerder gezegd zijn dit de meest gebruikte variabelen om thermodynamische systemen te karakteriseren.

Een van de bekendste staatsvergelijkingen is die van ideale gassen PV = NRT. Hier N Het is het aantal mol, atomen of moleculen en R Het is de constante van Boltzmann: 1.30 x 10^-23 J/K (Joule/Kelvin).

De thermodynamische balans en de nulwet van de thermodynamica

Stel dat er twee thermodynamische systemen A en B zijn met een thermometer die we T zullen noemen, die op destijds genoeg contact met het systeem voor A en T in contact brengt om dezelfde temperatuur te hebben. In dit geval kan worden gewaarborgd dat A en T in thermisch evenwicht zijn.

Kan u van dienst zijn: aerostatische ballon: geschiedenis, kenmerken, onderdelen, hoe het werktMet behulp van een thermometer is de nulwet van de thermodynamica bewezen. Bron: Pexels.

Dezelfde procedure met systeem B en T wordt hieronder herhaald. Als de temperatuur van B hetzelfde blijkt te zijn als die van A, dan zijn A en B in thermisch evenwicht. Dit resultaat staat bekend als Zero Law of Zero Principle of Thermodynamics, dat formeel wordt vermeld:

Als twee A- en B -systemen elk onafhankelijk in het thermische evenwicht zijn met een derde T -systeem, dan is het mogelijk om te bevestigen dat A en B in een thermisch evenwicht zijn met elkaar.

En uit dit principe wordt het volgende geconcludeerd:

Een systeem is in thermodynamisch evenwicht wanneer alle onderdelen op dezelfde temperatuur zijn.

Daarom kunnen twee lichamen in thermisch contact die niet op dezelfde temperatuur staan, niet worden overwogen in het thermodynamisch evenwicht.

Entropie en thermodynamische balans

Wat een systeem drijft om een ​​thermische balans te bereiken is Entropie, Een grootte die aangeeft hoe dicht het systeem is om in evenwicht te komen, een indicatie van zijn aandoening. Hoe groter de aandoening, er is meer entropie, het tegenovergestelde gebeurt als een systeem erg wordt geordend, in dit geval de entropie naar beneden gaat.

De status van thermisch evenwicht is precies de toestand van maximale entropie, wat betekent dat elk geïsoleerd systeem is gericht op een toestand van een grotere stoornis spontaan.

Nu wordt de overdracht van thermische energie in het systeem bepaald door de verandering in de entropie. Laat de entropie en duiden met de Griekse letter "Delta" de verandering in: Δs. De verandering die leidt tot het systeem van een initiële toestand naar een ander uiteinde wordt gedefinieerd als:

Waarbij Q de hoeveelheid warmte (in joules) is en t de temperatuur (in kelvin) is, zodat de Si (internationaal systeem) eenheden voor entropie en entropie -verandering Joules/kelvin (j/k) zijn.

Het kan u van dienst zijn: discrete variabele: kenmerken en voorbeelden

Deze vergelijking is alleen geldig voor omkeerbare processen. Proces waarbij het systeem volledig kan terugkeren naar zijn beginvoorwaarden en op elk punt op de weg is het in thermodynamisch evenwicht.

Voorbeelden van systemen met toenemende entropie

- Bij warmteoverdracht van een heter naar een kouder lichaam neemt entropie toe totdat beide temperatuur hetzelfde is, waarna de waarde ervan constant blijft als het systeem geïsoleerd is.

- Een ander voorbeeld van toenemende entropie is de oplossing van natriumchloride in water, totdat het evenwicht wordt bereikt als het zout volledig is opgelost.

- In een vaste stof die entropie smelt, neemt ook toe, omdat de moleculen van een meer geordende situatie gaan, die een vaste stof is, naar een meer wanordelijke zoals vloeistof.

- In sommige soorten spontaan radioactief verval neemt het resulterende aantal deeltjes toe en daarmee de entropie van het systeem. In andere dalingen waarin de deeltjesvernietiging plaatsvindt, is er massatransformatie naar kinetische energie die uiteindelijk warmte verdwijnt, en verhoogt ook de entropie.

Dergelijke voorbeelden laten zien dat de thermodynamische balans relatief is: een systeem kan lokaal in het thermodynamisch evenwicht zijn, bijvoorbeeld als het Coffee Cup + Theelspoon -systeem wordt overwogen.

Het Coffee Cup + theelepel + omgevingssysteem kon echter niet in thermisch evenwicht zijn totdat de koffie volledig is afgekoeld.

Referenties

1. Bauer, W. 2011. Fysica voor engineering en wetenschappen. Deel 1. MC Graw Hill. 650-672.
2. Cengel, en. 2012. Thermodynamica. 7^ma Editie. McGraw Hill. 15-25 en 332-334.
3. Thermodynamica. Hersteld van: ugr.is.
4. Nationale Universiteit van Rosario. Physiochemistry i. Hersteld van: recip.a r.Edu.AR
5. Watkins, T. Entropie en de tweede wet van de thermodynamica in Polle and Nuclear Interactions. San Jose State University. Hersteld van: SJSU.Edu.
6. Wikipedia. Themodynamisch evenwicht. Hersteld van: in.Wikipedia.borg.