Termodinamikai folyamatok típusai és példái

az termodinamikai folyamatok olyan fizikai vagy kémiai jelenségek, amelyek hő (energia) áramlását vagy egy rendszer és környéke közötti munkát jelentik. A hőről beszélve racionálisan eszembe jut a tűz képe, amely a folyamat, amely sok hőenergiát szabadít fel, kiválóságának megnyilvánulása..

A rendszer lehet egyaránt makroszkopikus (vonat, rakéta, vulkán) és mikroszkópos (atomok, baktériumok, molekulák, kvantumpontok stb.). Ez elkülönül a világegyetem többi részétől, hogy figyelembe vegye a hőt vagy a munkát, amely belép vagy hagyja ezt.

Azonban nem csak a hőáramlás létezik, hanem a rendszerek is megváltoztathatják a környezetük bizonyos változóit, figyelembe véve a figyelembe vett jelenséget. A termodinamikai törvények szerint kompenzációnak kell lennie a válasz és a hő között, hogy az anyag és az energia mindig megmaradjon.

A fentiek makroszkopikus és mikroszkopikus rendszerekre érvényesek. A különbség az első és az utolsó között azok a változók, amelyek az energiaállapotukat meghatározzák (lényegében a kezdeti és a végső)..

Azonban a termodinamikai modellek célja, hogy mindkét világot összekapcsolják olyan változók vezérlésével, mint a rendszerek nyomása, térfogata és hőmérséklete, és ezen konstansok némelyikét megvizsgálják a többiek hatásának vizsgálatára..

Az első modell, amely lehetővé teszi ezt az közelítést, az ideális gázok (PV = nRT), ahol n a mólok száma, hogy az V térfogat elosztásakor a moláris térfogat megszerzése.

Ezután a változók közötti változásokat a rendszer körülvéve kifejezve, másokat a gép és az ipari folyamatok nélkülözhetetlen munka (PV = W) lehet meghatározni..

Másrészt a termodinamikai változók egy másik típusa nagyobb érdeklődést mutat a kémiai jelenségek iránt. Ezek közvetlenül kapcsolódnak az energia felszabadulásához vagy felszívódásához, és a molekulák belső természetétől függenek: a kapcsolatok kialakulását és típusait..

index

• 1 Termodinamikai folyamatok rendszerei és jelenségei
  • 1.1 Fizikai és kémiai jelenségek
  • 1.2 A fizikai jelenségek példái
  • 1.3 Példák a kémiai jelenségekre
• 2 Termodinamikai folyamatok típusai és példái
  • 2.1 Adiabatikus folyamatok
  • 2.2 Izotermikus folyamatok
  • 2.3 Izobarikus folyamatok
  • 2.4 Isochorikus folyamatok
• 3 Referenciák

Rendszerek és jelenségek a termodinamikai folyamatokban

A fenti képen a három típusú rendszer képviselve van: zárt, nyitott és adiabatikus.

A zárt rendszerben az anyag és a környezete között nincs anyagátvitel, úgyhogy semmit sem lehet belépni vagy kilépni; az energia azonban áthatolhat a doboz határain. Más szavakkal: az F jelenség felszabadíthat vagy elnyelhet energiát, ezáltal módosítva azt, ami a dobozon kívül van.

Másrészről, a nyílt rendszerben a rendszer látószögei szaggatott vonallal rendelkeznek, ami azt jelenti, hogy mind az energia, mind az anyag jöhet és megy ebből a környékbe.

Végül, egy izolált rendszerben az anyag és az energia és a környezet közti cseréje null; emiatt a képen a harmadik doboz egy buborékban van. Szükséges tisztázni, hogy a környezet lehet az univerzum többi része, és hogy a tanulmány az, amely meghatározza, hogy a rendszer hatókörét milyen mértékben kell figyelembe venni..

Fizikai és kémiai jelenségek

Mi az F jelenség? Az F betűvel és a sárga körön belül a jelenség olyan változás, amely az anyag fizikai módosítása vagy átalakítása lehet..

Mi a különbség? Szúróan: az első nem szakítja meg és nem hoz létre új kapcsolatokat, míg a második.

Tehát egy termodinamikai folyamatot figyelembe lehet venni annak függvényében, hogy a jelenség fizikai vagy kémiai. Mindazonáltal mindkettő közös molekuláris vagy atomi tulajdonságokkal rendelkezik.

Példák a fizikai jelenségekre

A fűtővíz egy edényben a molekulák közötti ütközések növekedését eredményezi, ahol a gőz nyomása megegyezik a légköri nyomással, majd a fázisváltozás folyadékról gázra változik. Más szóval: a víz elpárolog.

Itt a vízmolekulák nem törik össze semmilyen kötődésüket, de energiát változtatnak; vagy ami ugyanaz, a víz belső energiája U módosul.

Mik a termodinamikai változók ebben az esetben? A légköri nyomás P_volt, a főzőgáz és a víz térfogatának égetésével előállított hőmérséklet.

A légköri nyomás állandó, de a víz hőmérséklete nem fűtött, mivel melegszik; sem a kötet, mert molekulái térben terjeszkednek. Ez egy példa egy fizikai jelenségre az izobarikus folyamaton belül; azaz egy állandó nyomáson működő termodinamikai rendszer.

Mi van akkor, ha a vizet néhány babba helyezzük egy nyomótartóba? Ebben az esetben a térfogat állandó marad (mindaddig, amíg a szemcsék főzése közben a nyomás nem szabad), de a nyomás és a hőmérséklet változása.

Ez azért van, mert a keletkező gáz nem tud menekülni, és a fazék falain és a folyadék felületén forog. Egy másik fizikai jelenségről beszélünk, de egy izokorikus folyamaton belül.

Példák a kémiai jelenségekre

Megemlítettük, hogy a mikroszkópos tényezőknek, például a molekuláris vagy atomszerkezetnek termodinamikai változói vannak. Mik ezek a változók? Az entalpia (H), az entrópia (S), a belső energia (U) és a Gibbs (S) szabad energiája.

Ezeket az anyag lényeges változóit a makroszkopikus termodinamikai változók (P, T és V) alapján határozzuk meg és fejezzük ki a kiválasztott matematikai modell szerint (általában az ideális gázmodell). Ennek köszönhetően a termodinamikai vizsgálatok elvégezhetők a kémiai jelenségekre.

Például az A + B => C típusú kémiai reakciót szeretnénk tanulmányozni, de a reakció csak 70 ° C hőmérsékleten megy végbe. Ezenkívül 100 ° C feletti hőmérsékleten C, D előállítása helyett keletkezik.

Ilyen körülmények között a reaktornak (a szerelvénynek, ahol a reakció végrehajtásra kerül) 70 ° C körüli állandó hőmérsékletet kell biztosítania, így az eljárás izotermikus..

Termodinamikai folyamatok típusai és példái

Adiabatikus folyamatok

Ezek azok, amelyekben a rendszer és a környezete között nincs nettó transzfer. Ezt hosszú távon egy elszigetelt rendszer garantálja (a buborék belsejében lévő doboz).

Példák

Erre példa a kaloriméterek, amelyek meghatározzák a kémiai reakcióból felszabaduló vagy abszorbeált hő mennyiségét (égés, oldódás, oxidáció, stb.).

A fizikai jelenségeken belül az a mozgás, amely a dugattyúkra kifejtett nyomás miatt forró gázt generál. Hasonlóképpen, ha a földi felszínre áramlási áram folyik, akkor a hőmérséklete megnöveli, mivel kényszeríteni kell.

Másrészről, ha a másik felület gáznemű, és kisebb sűrűségű, akkor a hőmérséklete csökken, ha nagyobb nyomást érez, kényszerítve a részecskék kondenzálódását.

Az adiabatikus folyamatok ideálisak számos ipari folyamat számára, ahol az alacsonyabb hőveszteség alacsonyabb teljesítményt jelent, ami a költségekben tükröződik. Annak érdekében, hogy ezt figyelembe vegyék, a hőáramnak nullának kell lennie, vagy a belépő hőmennyiségnek meg kell egyeznie a rendszerbe belépő mennyiséggel..

Izotermikus folyamatok

Az izotermikus folyamatok azok, amelyekben a rendszer hőmérséklete állandó marad. Ezt úgy végezzük, hogy munkát végezünk úgy, hogy a többi változó (P és V) az idő függvényében változik.

Példák

Az ilyen típusú termodinamikai folyamatok példái számtalan. Lényegében sok sejt aktivitás történik állandó hőmérsékleten (az ionok és a víz cseréje sejtmembránokon keresztül). A kémiai reakciók során mindazokat, akik termikus egyensúlyt hoznak létre, izotermikus folyamatoknak tekintik.

A humán anyagcsere a kémiai reakciók széles skáláján keresztül képes állandó testhőmérsékletet (kb. 37 ° C) fenntartani. Ez az élelmiszerből nyert energianak köszönhető.

A fázisváltozások isotermikus folyamatok. Például, amikor a folyadék lefagy, a hőt kibocsátja, megakadályozva, hogy a hőmérséklet csökkenjen egészen a szilárd fázisig. Amint ez megtörténik, a hőmérséklet tovább csökken, mert a szilárd anyag már nem bocsát ki energiát.

Azoknál a rendszereknél, amelyek ideális gázokat tartalmaznak, a belső energia U változása nulla, így az összes hő a munka elvégzésére szolgál.

Izobár folyamatok

Ezekben a folyamatokban a rendszerben a nyomás állandó marad, változó térfogata és hőmérséklete. Általában a légkörben nyitott rendszerekben, vagy zárt rendszerekben fordulhatnak elő, amelyek határai deformálódhatnak a térfogat növekedésével, hogy ellensúlyozzák a nyomásnövekedést.

Példák

A motorok belsejében lévő hengerekben, amikor a gázt melegítik, a dugattyút tolja, ami módosítja a rendszer térfogatát..

Ha ez nem így van, a nyomás növekedne, mivel a rendszer semmilyen módon nem csökkenti a gáz halmazállapotú fajok ütközéseit a henger falain..

Isokhorikus folyamatok

Az izokorikus folyamatokban a térfogat állandó marad. Úgy tekinthető, mint amelyek a rendszer nem hoznak munkát (W = 0).

Alapvetően azok a fizikai vagy kémiai jelenségek, amelyeket bármely konténer belsejében vizsgálnak, akár agitációval, akár nem.

Példák

Ilyen eljárások például az ételek főzése, a kávé elkészítése, egy üveg fagylalt hűtése, a cukor kristályosítása, egy kis oldható csapadék feloldása, ioncserélő kromatográfia..

referenciák

1. Jones, Andrew Zimmerman. (2016. szeptember 17.). Mi a termodinamikai folyamat? Szöveg: thinkco.com
2. J. Wilkes. (2014). Termodinamikai folyamatok. [PDF]. Készült: courses.washington.edu
3. Tanulmány (2016. augusztus 9.). Termodinamikai folyamatok: izobár, izokorikus, izotermikus és adiabatikus. Támogatás: study.com
4. Kevin Wandrei (2018). Melyek a termodinamika első és második törvényeinek mindennapi példái? Hearst Seattle Media, LLC. Készült: education.seattlepi.com
5. Lambert. (2006). A termodinamika második törvénye. Készült: entropysite.oxy.edu
6. 15 Termodinamika. [PDF]. Készült: wright.edu