ТЕРМОДИНАМИЧКЕ ПРОМЕНЉИВЕ: ШТА СУ ТО И РЕШЕНЕ ВЕЖБЕ - ФИЗИЧКИ - 2024

У термодинамичке варијабле или државне варијабле су оне макроскопски количине карактеризацију термодинамички систем највише фамилијарни притисак, запремина, температуру и масу. Они су веома корисни у описивању система са више улаза и излаза. Постоје бројне подједнако важне варијабле стања, осим већ споменутих. Одабрани избор зависи од система и његове сложености.

Авион пун путника или аутомобила могу се сматрати системима, а њихове променљиве укључују, поред масе и температуре, количину горива, географски положај, брзину, убрзање и, наравно, много више.

Слика 1. Авион се може проучавати као термодинамички систем. Извор: Пикабаи.

Ако се може дефинирати толико варијабли, када се варијабла сматра стањем? Они у којима поступак којим варијабла добија своју вредност нису битни, сматрају се таквима.

С друге стране, када природа трансформације утиче на крајњу вредност променљиве, више се не сматра променљивом стања. Важни примери су рад и топлота.

Знање државних варијабли омогућава да физички опише систем у датом тренутку т _О . Захваљујући искуству, створени су математички модели који описују њихову еволуцију током времена и предвиђају стање у тренутку т> т _о .

Интензивне, опсежне и специфичне променљиве

У случају гаса, који је систем који се често проучава у термодинамици, маса је једно од главних стања и основне променљиве било ког система. Повезана је са количином материје коју садржи. У Међународном систему се мери у кг.

Маса је веома важна у систему и термодинамичка својства су класификована према томе да ли зависе или не:

-Интензивно: не зависе од масе и величине, на пример температуре, притиска, вискозности и уопште оних који разликују један систем од другог.

-Додатни: они који се разликују у величини система и његовој маси, као што су тежина, дужина и запремина.

-Специфични: они добијени изражавањем опсежних својстава по јединици масе. Међу њима су специфична тежина и специфична запремина.

Да бисте разликовали врсте варијабли, замислите да систем поделите на два једнака дела: ако величина остане иста у сваком, то је интензивна променљива. Ако није, вредност се преполовљава.

-Притисак, запремина и температура

Запремина

То је простор који заузима систем. Јединица запремине у Међународном систему је кубни метар: м ³ . Остале широко коришћене јединице укључују кубичне инче, кубичне ноге и литар.

Притисак

То је скаларна величина која је дата квоцијентом између окомите компоненте силе која се примењује на тело и његовог подручја. Јединица притиска у међународном систему је невтон / м ² или Пасцал (Па).

Поред Пасцала, притисак има и бројне јединице које се користе према обиму. Они укључују пси, атмосферу (атм), шипке и милиметре живе (ммХг).

Температура

У својој интерпретацији на микроскопском нивоу, температура је мера кинетичке енергије молекула који чине гас који се проучава. А на макроскопском нивоу то показује правац топлотног тока када се два система доводе у контакт.

Температурна јединица у међународном систему је Келвин (К), а постоје и Целзијусова (ºЦ) и Фаренхејтова (ºФ) скала.

Решене вежбе

У овом делу, једначине ће се користити за добијање вредности променљивих када је систем у одређеној ситуацији. Ради се о једначбама државе.

Једнаџба стања је математички модел који користи варијабле стања и моделира понашање система. Као предмет проучавања предложен је идеални гас који се састоји од скупа молекула који се могу слободно кретати, али без међусобне интеракције.

Предложена једнаџба стања идеалних гасова је:

Где је П притисак, В је запремина, Н је број молекула, а к је Болтзманнова константа.

-Вежба 1

Напунили сте гуме вашег аутомобила до препорученог притиска од 3,21 × 10 ⁵ Па, на месту где је температура била –5,00 ° Ц, али сада желите да одете до плаже, где је 28 ° Ц. Са порастом температуре, запремина гуме се повећала за 3%.

Слика 2. Када температура порасте са -5ºЦ на 28ºЦ, ваздух у гумама се шири и ако нема губитака. притисак се повећава. Извор: Пикабаи.

Пронађите крајњи притисак у гуми и назначите да ли је премашио толеранцију коју је дао произвођач, а која не прелази 10% препорученог притиска.

Решење

Модел идеалног гаса је доступан, па ће се претпоставити да ваздух у гумама следи задану једнаџбу. Такође ће се претпоставити да у пнеуматицима нема цурења ваздуха, па је број молова константан:

Услов да се коначни волумен повећа за 3% укључује:

Познати подаци су супституисани и очишћен је крајњи притисак. Важно: температура мора бити изражена у Келвинима: Т (К) = Т (° Ц) + 273,15

Произвођач је назначио да је толеранција 10%, па је максимална вредност притиска:

Можете сигурно путовати на плажу, бар што се гума тиче, јер нисте прекорачили утврђену границу притиска.

Вежба 2

Идеалан гас има запремину од 30 литара при температури од 27 ° Ц и притиску 2 атм. Држећи константни притисак пронађите његову запремину када температура пређе -13 ºЦ.

Решење

То је процес сталног притиска (изобарни процес). У таквом случају, једнаџба идеалног гаса државе поједностављује:

Овај резултат је познат као Карлов закон. Доступни подаци су:

Решавање и замена:

Референце

1. Боргнакке. 2009. Основе термодинамике. 7 ^-ог издање. Вилеи анд синови. 13-47.
2. Ценгел, И. 2012. Термодинамика. 7 ^ма Едитион. МцГрав Хилл. 2-6.
3. Основни појмови термодинамичких система. Опоравило од: Текстурације.цом.
4. Енгел, Т. 2007. Увод у физикохемију: Термодинамика. Пеарсон. 1-9.
5. Наг, ПК 2002. Основна и примењена термодинамика. Тата МцГрав Хилл. 1-4.
6. Универзитет Навојоа. Основна физикахемија. Опоравак од: фкб-унав.форосацтивос.нет