Применение термодинамики

Содержание
  1. Термодинамика. Внутренняя энергия. Работа. Количество теплоты. Тепловые явления. Первый закон термодинамики. Применение первого закона термодинамики к различным процессам. Уравнение теплового балланса. Второй закон термодинамики. Тепловые двигатели
  2. Применение термодинамики к биологическим системам
  3. Применение термодинамики
  4. Термодинамические процессы
  5. Законы термодинамики
  6. Третий закон термодинамики. Применение законов термодинамики
  7. Что такое термодинамика?
  8. Понятие о термодинамической системе
  9. Термодинамическая температура
  10. Сохранение энергии и 1 закон термодинамики
  11. Адиабатические процессы
  12. Направление протекания тепловых процессов
  13. Тепловая машина
  14. Абсолютный ноль и постулат Нернста
  15. Термодинамика — это… Определение, законы, применение и процессы
  16. Определение
  17. Законы
  18. Применение
  19. Процессы
  20. Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Термодинамика. Внутренняя энергия. Работа. Количество теплоты. Тепловые явления. Первый закон термодинамики. Применение первого закона термодинамики к различным процессам. Уравнение теплового балланса. Второй закон термодинамики. Тепловые двигатели

Применение термодинамики

Проект Карла III Ребане и хорошей компанииРаздел недели: Тепловые величины: теплоемкость, теплопроводность, температуры кипения, плавления, пламени…
Адрес этой страницы (вложенность) в справочнике dpva.ru:  главная страница  / / Техническая информация / / Физический справочник / / Физика для самых маленьких. Шпаргалки. Школа. / / Термодинамика. Внутренняя энергия. Работа. Количество теплоты. Тепловые явления. Первый закон термодинамики. Применение первого закона термодинамики к различным процессам. Уравнение теплового балланса. Второй закон термодинамики. Тепловые двигатели
  • Внутренняя энергия тела это сумма кинетических энергий беспорядочного движения всех молекул тела и потенциальных энергий взаимодействия всех молекул тела и потенциальных энергий взаимодействия всех молекул друг с другом:
  • Внутренняя энергия одноатомного идеального газа  прямо пропорциональна его абсолютной температуре:
  • Работа внешней силы изменяющей объем газа на
  • Работа, совершаемая газом при изобарном расширении:
  • Теплообмен (теплопередача) это  процесс передачи энергии от одного тела к другому без совершения работы
  • Количество теплоты Q это  количественная  мера изменения внутренней энергии при теплообмене. Если система (тело) получает энергию, то ΔQ системы > 0, если отдает энергию, то ΔQ системы < 0
  • Адиабатный (адиабатический процесс) это процесс, протекающий в теплоизолированной системе (которая не поличает тепло извне и не отдает его):  ΔQ=0
  • Теплоемкость это отношение количества теплоты, которое необходимо для изменения температуры тела на ΔT к разности температур:
  • Удельная теплоемкость это количество теплоты, которое получает или отдает 1 кг вещества при изменении его температуры на 1°К:
c — удельная теплоемкость
  • Испарение (парообразование) это процесс, при котором молекулы жидкости высвобождаются из жидкости и становятся молекулами газа. 
  • Кипение это испарение, происходящее как с поверхности жидкости, так и внутри самой жидкости.
r -удельная теплота парообразования
Конденсация это процесс превращения пара в жидкость
Плавление это процесс перехода вещества из твердого состояния в жидкоеλ -удельная теплота парообразования
Кристаллизация (отвердевание) это переход вещества из жидкого состояния в твердое
Сгорание топливаq -удельная теплота сгорания
Справочно, подробнее: Первый закон термодинамики = Закон сохранения энергии, внутренняя энергия, тепло, работа, энтальпия, энтропия
  • Изменение внутренней энергии системы при переходе ее из одного состояния в другое равно сумме работы внешних сил A и количества теплоты, переданного системе Q:
  • Количество теплоты, переданное системе, идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение системой работы над внешними телами:
В изохорном процессе (процесс в постоянном объеме): При нагревании внутренняя энергия увеличивается. При охлаждении — внутренняя энергия уменьшается за счет передачи тепла окружающей среде.
  • Изотермический
  • T=const
  • Q=A'
В изотермическом процессе (процесс при постоянной температуре): Все переданное газу тепло идет на совершение им работы (расширение). При совершении работы внешними силами над газом (сжатие) — газ отдает тепло окружающей среде.
  • Изобарный
  • p=const
  • Q=ΔU=A'
В изобарном процессе (при постоянном давлении): Все переданное газу количество теплоты идет на изменение его внутренней энергии и на совершение им работы при сохранении давления постоянным.
В адиабатном или адиабатическом процессе (система идеально изолирована и не обменивается теплом с окружающей средой): Изменение внутренней энергии газа происходит за счет совершения работы системой или над системой.
  • В адиабатной системе сумма количеств теплоты, полученных и отданных телами равен нулю:
Справочно, подробно — 2-й закон термодинамики. Энтропия. Определение энтропии. Эффективность теплового двигателя. Тепловой цикл Карно. Неубывание энтропии
  • Второй закон термодинамики. Формулировка Р. Клаузиуса: Невозможен процесс, при котором теплота переходила бы самостоятельно от тел более холодных к телам более нагретым.
  • Тепловой двигатель —  устройство, превращающее внутреннюю энергию топлива в механическую.
  • Коэффициент полезного действия теплового двигателя (КПД):
  • Машина Карно:  идеальная тепловая машина с идеальным газом в качестве рабочего тела.
  • КПД машины Карно:
  • Теорема Карно: КПД всякой тепловой машины не может превосходить КПД идеальной машины с теми же  температурами нагревателя и холодильника.

Поиск в инженерном справочнике DPVA. Введите свой запрос:

Если Вы не обнаружили себя в списке поставщиков, заметили ошибку, или у Вас есть дополнительные численные данные для коллег по теме, сообщите , пожалуйста. Вложите в письмо ссылку на страницу с ошибкой, пожалуйста.
Проект является некоммерческим. Информация, представленная на сайте, не является официальной и предоставлена только в целях ознакомления. Владельцы сайта www.dpva.ru не несут никакой ответственности за риски, связанные с использованием информации, полученной с этого интернет-ресурса.

Источник: https://dpva.ru/Guide/GuidePhysics/PhysicsForKids/Thermodinamics/

Применение термодинамики к биологическим системам

Применение термодинамики

При применении термодинамики к биологическим системам необходимо учитывать особенность организации живых систем:

1) Биолопгческие системы открыты, т.к. обмениваются с окружающей средой массой и энергией.

2) Живые системы не находятся в состоянии равновесия;

3) Порцессы просходящие в живых системах в конечном итоге необратимы;

4) Биологические системы гетерогенны.

Всем живым организмам для их роста и функционирования необходима энергия: растения и некоторые бактерии получают энергию от солнца, при помощи процесса фотосинтеза. Человек существует за счет пиши. Основным источником энергии для организма человека является энергия, заключенная в пищевых веществах, в продуктах питания. Часть этой энергии расходуется на:

1) Совершение работы внутри организма, связанной с дыханием, кровообращением, секрецией соков. перемещением метаболитов и др.;

2) Нагревание вдыхаемого воздуха, потребляемой воды и пищи;

3) Покрытие потерь теплоты в окружающую среду при испарении влаги с поверхности тела, а также с выдыхаемым воздухом и продуктами жизнедеятельности;

4) Совершение внешней работы связанной с перемещением человека и с его трудовой деятельностью.

Таким образом, организм не является источником новой энергии, все виды работы он совершает за счет энергии, выделяющейся при окислении питательных веществ, это является доказательством применения первого закона термодинамики к биологическим системам.

С пищей в организм поступают довольно сложные химические соединения, в частности, ВМС, содержащие многочисленные слабые химические связи (водородные) и. нереализованный запас внутренней энергии. Такие вещества характеризуются высоким значением энергии Гиббса и низким значением энтропии.

В ходе усвоения питательных веществ из относительно больших молекул белков, жиров, углеводов, образуются НМС (СО2, Н2О, NН3), которые имеют более простую структуру и более прочные химические связи в молекулах. Процессы деструктуризации веществ (диссимиляция), в ходе которых из меньшего числа частиц образуется большее число частиц, сопровождаются ростом энтропии. Т.к.

в ходе таких превращений упрочняются химические связи и реализуется запас внутренней энергии, то энергия Гиббса понижается. Таким образом продукты жизнедеятельности, в отличие от исходных питательных веществ, характеризуются более высоким значением энтропии и более низким значением энергии Гиббса.

К биологическим процессам ассимиляции н диссимиляции не применимо понятие термодинамического равновесия. Живые системы находятся в стационарном состоянии, при котором скорость реакции. протекающей в одном направлении, обычно выше скорости реакции протекающей в другом направлении. причем разность скоростей таких реакций постоянна во времени.

Таким образом, такое состояние при котором ее параметры во времени не изменяются, но происходит обмен веществом и энергией с окружающей средой, называется стационарным. Математическое выражение второго закона термодинамики применительно к биологическим системам, представляют следующим образом:

ΔS/Δτ= Δsорг./Δτ+ ΔSсреды/Δτ , где:

Δτ -изменение времени протекания процесса.

Δτ /ΔS — скорость изменения энтропии в открытой системе

ΔSорг/Δτ — скорость изменения энтропии внутри организма.

ΔSсрды/Δτ- скорость изменения энтропии вследствие обмена организма с окружающей средой массой и энергией.

В организме протекает необратимый процесс, поэтому ΔSорг/Δτ >0.

Ученый Пригожий сформулировал основное свойство стационарного состояния. В стационарном состоянии скорость возрастания энтропии, обусловленная протеканием необратимых процессов, имеет положительное и минимальное из возможных значений.

Стационарное состояние (гомеостаз) обусловлено постоянством химического состава внутренней среды организма, величиной рН, осмотическим давлением и др. параметрами.

Стационарное состояние в организме поддерживается за счет механизмов авторегуляция- это деятельность дыхательного центра, головного мозга механизмы терморегуляции, буферные системы, работа кишечника, печени, почек, легких. Известны нестационарные состояния — состояние стресса.

Таким образом, законы термодинамики применимы к биологическим системам. Недостатком термодинамики является отсутствие информации о скоростях протекания процессов. Многие процессы, которые сопровождаются уменьшением энергии Гиббса, протекают очень маленькой скоростью. Например, реакция окисления глюкозы:

С6Н12О5+6O2=6СО2+6Н2O

ΔG0р-ции =-2800 Кдж моль

Несмотря на низкие значения энергии Гиббса реакция протекает с очень малой скоростью .Для протекания таких процессов необходимо либо нагревание, либо присутствие катализаторов, а в организме участие ферментов.

ЛЕКЦИЯ №3

Растворы.

План:

  • растворы
  • классификация растворов
  • термодинамика образования растворов
  • растворимость веществ
  • влияние на растворимость природы компонентов
  • влияние на растворимость внешних факторов
  • законы Генри и Дальтона, закон Сеченова

Растворы — это физико-химическая система, состоящая из двух или большего числа веществ и имеющая переменный состав в некотором интервале соотношения компонентов.

Велика роль растворов в процессах жизнедеятельности. Кровь, лимфа, желудочный сок, кишечный сок и другие биологические жидкости являются растворами. В жидких средах организма поддерживается постоянство рН, концентрации солей, органических веществ. Такое постоянство называется концентрационным гомеостазом.

Растворы занимают промежуточное положение между смесями веществ и химическими соединениями. С механическими смесями растворы сближает переменность по составу, а с химическими соединениями — тепловые эффекты, сопровождающие растворение большинства веществ.

Компонентами раствора являются растворитель и растворенное вещество.

С термодинамической точки зрения растворителем является тот компонент, который находится в том же агрегатном состоянии, что и раствор в целом.

Если компоненты до растворения находились в одинаковом агрегатном состоянии (например, спирт и вода), то растворителем является тот компонент, который находится в большем количестве. В растворах электролитов независимо от их концентрации электролит рассматривается как растворенное вещество.

Например, в 70%-ном растворе азотной кислоты НNО3 растворенным веществом является HNO3, хотя она находится в большем количестве (70% по массе), а растворителем – вода.

Растворы классифицируются по следующим признакам:

I. По агрегатному состоянию они делятся:

• жидкие растворы (кровь, желудочный сок, растворы кислот, солей, щелочей);

• газообразные растворы (воздух, наркозные смеси);

• твердые растворы (сплавы различных металлов).

II По размеру частиц растворенного вещества:

• истинные растворы с размерами частиц меньше 10-9 м.

• коллоидные растворы и растворы ВМС с размером от частиц от 10-9до 10-7 м.

Истинные растворы и растворы ВМС гомогенны и термодинамически устойчивы. Коллоидные растворы микрогетерогенны и термодинамически неустойчивы.

III По молярной массе растворенного вещества:

• растворы НМС — вещества с молярной массой Мr < 5000 г/моль;

• растворы ВМС — веществ с молярной массой Мr > 5000 г/моль.

Главной особенностью растворов ВМС является существенное разлете между макромолекулами полимеров и молекулами растворителя, которые являются НМС.

V По наличию или отсутствию электролитической диссоциации:

• Растворы электролитов (растворы многих неорганических соединений — кислот, солей, щелочей). Их электропроводимость больше электропроводимости чистого растворителя.

• Растворы неэлектролитов — растворы многих органических соединении. Их электропроводимость мало отличается от электропроводимости чистого растворителя.

• Растворы амфолитов, т.е. веществ, которые диссоциируют как по кислотному так и по основному типу (напр. α-аминокислоты).

Образование растворов.

Термодинамика процесса растворения.

С термодинамической точки зрения процесс растворения вещества в каком-либо растворителе будет протекать самопроизвольно происходит, если происходит уменьшение энергии Гиббса (ΔG0.

ΔHсол (сольватации) — это изменение энтальпии в процессе сольватации. Сольватация — это процесс взаимодействия частиц растворенного вещества с молекулами растворителя. Это экзотермический процесс, т.е. ΔHсол0, т.е. растворение газов является экзотермическим процессом.

При растворении веществ с молекулярной кристаллической решеткой, а также жидкостей, ΔHсол>ΔHкрист следовательно, в итоге ΔHраств0. Это способствует протеканию процесса растворения, т.к. уменьшает энергию Гиббса, ΔG

Источник: https://cyberpedia.su/11x19c9.html

Применение термодинамики

Применение термодинамики

Определение 1

Термодинамика представляет собой обширный раздел физики, который изучает свойства макроскопических систем и их взаимодействие с другими физическими процессами.

Рисунок 1. Применение законов термодинамики к живым системам. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

При этом под исследование ученых также попадают методы превращения внутренней энергии и способы ее передачи. Таким образом, можно утверждать, что термодинамика опирается только на обобщенные факты, полученные исследователями многолетним опытным путем. Происходящие в термодинамических концепциях явления детально описываются при помощи применения макроскопических величин.

В их список относят такие основные параметры, как:

  • концентрация;
  • давление;
  • температура;
  • энергетический потенциал.

Стоит отметить, что такие критерии неприменимы к отдельным молекулам, а сводятся к описанию системы в ее общем виде (в отличие от тех параметров, используемых в электродинамике).

Указанный раздел науки имеет собственные законы, которые носят классический характер. Конкретные детали строения выбранного для исследования вещества не смогут в значительной степени повлиять на структуру закономерностей.

Именно поэтому говорят, что термодинамика является одной из наиболее применимых в технике наук.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

первого начала термодинамики к изопроцессам. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ»>

Рисунок 2. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Замечание 1

Применение термодинамики как ключевого метода обобщения экспериментальных данных имеет весомое значение в развитии современной теоретической химии.

Однако такой переход к количественным величинам возможно осуществить только для определенных систем, для которых используются уравнения общего состояния физических тел.

На сегодняшний день в термодинамике часто используется уравнение для простейших концепций, называемых в физике – идеальных. Вероятность применения данного научного направления для предсказания результатов других физических процессов базируется на внедрении понятий об обратимых и равновесных явлениях.

Сфера использования термодинамики значительно шире, чем молекулярно-кинетической гипотезы, так как не существует таких областей физики, в которых невозможно было бы применить термодинамический метод. Становление термодинамики идет по многим направлениям.

За основу ученые берут начало изучаемого раздела — закон сохранения энергии. Термодинамические постулаты и способны успешно внедряются в такие отрасли, как биомедицина, энергетическая промышленность и химия.

В энергетике повсеместно применяются принципы удержания энергетического потенциала и закон направленности процесса.

Наряду с этим, исследователи рассматривают три наиболее распространенных и значимых понятия, на которых основывается вся работа и ее дальнейшее описание:

  • термодинамическая система;
  • процесс;
  • фаза процесса.

Термодинамические процессы

Процессы в термодинамике имеют абсолютно разный уровень сложности. В целом, их насчитывается семь штук.

Замечание 2

Под термодинамическим процессом необходимо понимать не что иное, как внезапное изменение макроскопического состояния материального вещества, в которое ранее была приведена система.

Разница между условным изначальным состоянием и конечным итогом может быть крайне ничтожной. Если этот показатель бесконечно мал, то произошедший физический процесс вполне можно назвать элементарным. Если более углубленно обсуждать данное явление, то придется использовать дополнительные термины. Один из таких определений — это “рабочее тело”.

Определение 2

Рабочее тело – это система, в которой постоянно происходит один или несколько тепловой процесс, который условно можно подразделить на неравновесный и равновесный.

В случае с последним все происходящие в термодинамической системе состояния являются, соответственно, равновесными. Зачастую трансформация происходит в таких случаях быстрыми темпами.

А вот неравновесные процессы возможно сравнить с квазистатическими, где все изменения проходят значительно медленнее. Тепловые процессы, которые случаются в системах, могут быть также обратимыми и необратимыми.

Если возможно сделать один и тот же процесс в обратном направлении с одинаковыми «промежуточными станциями», то его называют обратимым. В ином случае получить такой же результат не получится.

Законы термодинамики

Рисунок 3. Первый закон термодинамики. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Альтернативное название законов и теорий — это начала термодинамики. В настоящее время их известно три, но перед тем как изучить, что подразумевает каждый из законов, необходимо ответить на вопрос о том, что такое термодинамические начала.

Начала термодинамики представляют собой совокупность и комплексность определенных научных постулатов, которые выступает в качестве базы понимания происходящих в макросистемах явлений. Положения таких закономерностей устанавливались эмпирическим методом по мере проведения огромного количества опытов и исследований.

Таким образом, существуют экспериментальные доказательства, которые позволяют ученым взять постулаты термодинамики на вооружение без сомнений в их точности.

Необходимость использования термодинамических начал обусловлена тем, что в этом разделе физики макроскопические показатели описываются только в общем виде, без намека на дальнейшее рассмотрения их природы или же основных характеристик.

Это область не термодинамики, а уже статистической физики. Еще одной центральной позиций является тот факт, что законы термодинамики не зависят друг от друга.

И так, первый закон термодинамики объясняет количественное выражение теории сохранения и превращения внутренней энергии: «мощность изолированной концепции при всех изменениях сохраняет постоянную величину».

Второй термодинамический закон характеризует качественную и стабильную сторону, а также направленность физических процессов, происходящих в определенной системе.

Данное начало термодинамики отражает основные принципы существования абсолютной энтропии и температуры, как функций общего состояния, и возрастания изолированной системы.

Одним из важных следствий второго закона является утверждение о том, что осуществить полные превращения теплоты в работу в действительности невозможно.

Третий закон термодинамики гласит о том, что при абсолютно нулевой температуре абсолютно все равновесные явления происходят без дальнейшего изменения энтропии.

Подытожив, можно сделать выводы, что основными областями использования термодинамики являются гипотеза равновесия химического и теория стабильного равновесия, в частности взаимодействие между разными агрегатными состояниями, наблюдаемые при расслоении на фазы смесей газов и жидкостей. В таких случаях в ходе установления данного параметра значимую роль играет связь частиц с веществами с разными фазами, и при формулировке необходимых условий равновесия применяются понятие химического потенциала.

Стабильность химического потенциала заменяет все условие постоянства внутреннего давления, если находится во внешнем поле, например, поле тяжести. Способы термодинамики эффективно используются при изучении тех процессов природы, в которых важную роль играют тепловые эффекты.

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/termodinamika/primenenie_termodinamiki/

Третий закон термодинамики. Применение законов термодинамики

Применение термодинамики

Термодинамика является важным разделом физики. Можно смело утверждать, что ее достижения обусловили появление технологической эры и определили во многом ход человеческой истории за последние 300 лет. В статье рассматриваются первый, второй и третий законы термодинамики и их применение на практике.

Что такое термодинамика?

Прежде чем приводить формулировки законов термодинамики, разберемся, чем занимается этот раздел физики.

Слово «термодинамика» имеет греческое происхождение и означает «движение благодаря теплу». То есть этот раздел физики занимается изучением любых процессов, в результате которых тепловая энергия преобразуется в механическое движение и наоборот.

Энтропия в термодинамике — это что такое? Описание, теория и примеры

Основные законы термодинамики были сформулированы в середине XIX века.

Наука «о движении и тепле» рассматривает поведение всей системы в целом, изучая изменение ее макроскопических параметров — температуры, давления и объема, и не обращая внимание на ее микроскопическое строение.

Причем первый из них играет принципиальную роль в формулировке законов термодинамики в физике. Любопытно отметить, что выведены они исключительно из экспериментальных наблюдений.

Понятие о термодинамической системе

Субстантивированные прилагательные и их виды

Канал ДНЕВНИК ПРОГРАММИСТА Жизнь программиста и интересные обзоры всего. , чтобы не пропустить новые видео.

Под ним подразумевают любую группу атомов, молекул или других элементов, которые рассматриваются как единое целое. Все три закона формулируются для так называемой термодинамической системы. Примерами являются: атмосфера Земли, любой живой организм, газовая смесь в двигателе внутреннего сгорания и др.

Все системы в термодинамике относятся к одному из трех типов:

  • Открытые. В них существует обмен как теплом, так и веществом с окружающей средой. Например, если в котелке на открытом огне готовится пища, то это яркий пример открытой системы, поскольку котелок получает энергию от внешней среды (костра), при этом он сам излучает энергию в виде тепла, а также из него испаряется вода (обмен веществом).
  • Закрытые. В таких системах не существует обмена веществом со средой, хотя обмен энергией происходит. Возвращаясь к предыдущему случаю: если накрыть крышкой котелок, то можно получить систему закрытого типа.
  • Изолированные. Это вид термодинамических систем, которые ни веществом, ни энергией не обмениваются с окружающим их пространством. Примером может служить термос, в котором находится горячий чай.

Термодинамическая температура

Почему в космосе нет воздуха и действительно ли это правда

Под этим понятием подразумевают кинетическую энергию частиц, образующих окружающие тела, которая отражает скорость хаотического перемещения частиц. Чем она больше, тем выше температура. Соответственно, уменьшая кинетическую энергию системы, мы ее охлаждаем.

Под этим понятием подразумевают кинетическую энергию частиц, образующих окружающие тела, которая отражает скорость хаотического перемещения частиц. Чем она больше, тем выше температура. Соответственно, уменьшая кинетическую энергию системы, мы ее охлаждаем.

Термодинамическая температура выражается в СИ (Интернациональная система единиц измерений) в кельвинах (в честь британского ученого Уильяма Кельвина, который предложил впервые эту шкалу). Понимание первого, второго и третьего законов термодинамики невозможно без определения температуры.

Деление в один градус по шкале Кельвина соответствует также одному градусу по Цельсию. Перевод между этими единицами осуществляется по формуле: TK = TC + 273,15, где TK и TC — температуры в кельвинах и градусах Цельсия соответственно.

Особенностью шкалы Кельвина является то, что она не имеет отрицательных значений. Ноль в ней (TC = -273,15 oC) соответствует состоянию, когда тепловое движение частиц системы полностью отсутствует, они оказываются как бы «замороженными».

Сохранение энергии и 1 закон термодинамики

В 1824 году Никола Леонар Сади Карно, французский инженер и физик, выдвинул смелое предположение, которое не только обусловило развитие физики, но и стало важнейшим шагом для совершенствования технологий. Его можно сформулировать следующим образом: «Энергия не может быть создана или разрушена, она может быть лишь переведена из одного состояния в другое».

По сути фраза Сади Карно постулирует закон сохранения энергии, который лег в основу 1 закона термодинамики: «Всякий раз, когда система получает энергию извне, она переводит ее в другие формы, основными из которых являются тепловая и механическая».

Математическая формула для 1-го закона записывается так:

Q = ΔU + A,

здесь Q — количество теплоты, переданное окружающей средой системе, ΔU — изменение внутренней энергии этой системы, A — совершенная механическая работа.

Адиабатические процессы

Наглядным примером их является движение воздушных масс вдоль горных склонов. Такие массы обладают огромными размерами (километры и более), а воздух является прекрасным теплоизолятором.

Отмеченные свойства позволяют рассматривать любые процессы с воздушными массами, которые происходят в течение короткого времени, как адиабатические. Когда воздух поднимается по горному склону, то его давление падает, он расширяется, то есть выполняет механическую работу, и, как следствие, охлаждается.

Наоборот, движение воздушной массы вниз сопровождается увеличением давления в ней, она сжимается и за счет этого сильно нагревается.

Применение закона термодинамики, который рассмотрен в предыдущем подзаголовке, проще всего продемонстрировать на примере адиабатического процесса.

Согласно определению, в результате него не происходит обмен энергией с окружающей средой, то есть в уравнении выше Q = 0. Это приводит к следующему выражению: ΔU = -A. Знак минус здесь означает, что система совершает механическую работу за счет уменьшения собственной внутренней энергии. Следует напомнить, что внутренняя энергия находится в прямой зависимости от температуры системы.

Направление протекания тепловых процессов

Этим вопросом занимается 2-й закон термодинамики. Наверняка каждый замечал, что если привести в контакт два предмета с разной температурой, то холодный всегда будет нагреваться, а горячий охлаждаться. Отметим, что обратный процесс может происходить в рамках первого закона термодинамики, однако он никогда не реализуется на практике.

Причиной необратимости указанного процесса (и всех известных процессов во Вселенной) является переход системы в более вероятное состояние. В рассмотренном примере с контактом двух тел разной температуры наиболее вероятным состоянием будет то, при котором все частицы системы будут иметь одинаковую кинетическую энергию.

Второй закон термодинамики может быть сформулирован так: «Тепло спонтанно никогда не может быть передано от холодного тела к горячему». Если ввести понятие энтропии как меры беспорядка, тогда его можно представить в таком виде: «Любой термодинамический процесс протекает с увеличением энтропии».

Тепловая машина

Под этим термином понимают систему, которая благодаря подводу к ней внешней энергии может совершать механическую работу. Первые тепловые машины являлись паровыми и были изобретены в конце XVII века.

Второй закон термодинамики играет определяющую роль в определении их эффективности.

Еще Сади Карно установил, что максимальный КПД этого устройства равен: КПД = (T2 — T1)/T2, здесь T2 и T1 — температуры нагревателя и холодильника.

Механическая работа может быть совершена только тогда, когда существует поток теплоты от горячего тела к холодному, причем этот поток невозможно на 100% переводить в полезную энергию.

Ниже приведен рисунок, где изображен принцип работы тепловой машины (Qabs — переданное тепло машине, Qced — тепловые потери, W — полезная работа, P и V — давление и объем газа в поршне).

Абсолютный ноль и постулат Нернста

Наконец, перейдем к рассмотрению третьего закона термодинамики. Он также называется постулатом Нернста (фамилия немецкого физика, который впервые его сформулировал в начале XX века).

Закон гласит: «С помощью конечного числа процессов нельзя достигнуть абсолютного нуля». То есть невозможно никаким способом полностью «заморозить» молекулы и атомы вещества.

Причиной этого является постоянной существующий теплообмен с окружающей средой.

Один из полезных выводов, сделанных из третьего закона термодинамики, заключается в уменьшении энтропии при движении к абсолютному нулю. Это означает, что система стремится организоваться. Этот факт можно использовать, например, для перевода парамагнетиков в ферромагнитное состояние при охлаждении.

Любопытно отметить, что наименьшей температуры, которой удалось достигнуть в настоящее время, является значение 5·10−10 K (2003 год, лаборатория Массачусетского Технологического Института, США).

Источник

Источник: https://1Ku.ru/obrazovanie/16523-tretij-zakon-termodinamiki-primenenie-zakonov-termodinamiki/

Термодинамика — это… Определение, законы, применение и процессы

Применение термодинамики

Что такое термодинамика? Это раздел физики, который занимается изучением свойств макроскопических систем. При этом под изучение также попадают способы превращения энергии и методы ее передачи. Термодинамика — это раздел физики, который изучает процессы, происходящие в системах, и их состояния. О том, что еще попадает в список изучаемых ей вещей, мы сегодня и поговорим.

Определение

На картинке ниже можно увидеть пример термограммы, полученной при изучении кувшина с горячей водой.

Термодинамика — это наука, которая опирается на обобщенные факты, полученные опытным путем. Происходящие в термодинамических системах процессы описываются при помощи использования макроскопических величин.

В их список входят такие параметры, как концентрация, давление, температура и тому подобные.

Понятное дело, что к отдельным молекулам они неприменимы, а сводятся к описанию системы в общем ее виде (в отличие от тех величин, которые используются в электродинамике, например).

Термодинамика — это раздел физики, который также имеет и свои законы. Они, подобно остальным, носят общий характер. Конкретные детали строения того или иного выбранного нами вещества не окажут значительного влияния на характер законов. Именно поэтому говорят, что данный раздел физики является одним из наиболее применимых (или, вернее сказать, успешно применимых) в науке и технике.

Перечислять примеры можно очень долго. Например, много решений, основанных на термодинамических законах, можно встретить в области тепловой техники или электроэнергетики.

Что и говорить об описании и понимании химических реакций, фазовых переходов, явлений переноса. В некотором роде термодинамика “сотрудничает” с квантовой динамикой.

Сфера их соприкосновения — это описание явления черных дыр.

Законы

Картинка выше демонстрирует суть одного из термодинамических процессов — конвекции. Теплые слои вещества поднимаются наверх, холодные — опускаются вниз.

Альтернативное название законов, которое, кстати, употребляется не в пример чаще, это начала термодинамики. На сегодняшний день их известно три (плюс одно “нулевое“, или “общее”). Но перед тем как говорить о том, что предполагает каждый из законов, попытаемся ответить на вопрос о том, что такое начала термодинамики.

Они представляют собой совокупность определенных постулатов, которые ложатся в основу понимания происходящих в макросистемах процессов.

Положения начал термодинамики устанавливались эмпирическим путем по мере проведения целых серий опытов и научных исследований.

Таким образом, существуют определенные доказательства, позволяющие нам взять постулаты на вооружение без единого сомнения в их точности.

Некоторые люди задаются вопросом о том, зачем термодинамике нужны эти самые законы.

Ну, можно сказать, что необходимость их использования обусловлена тем, что в данном разделе физики макроскопические параметры описываются в общем виде, без какого-либо намека на рассмотрения их микроскопической природы или особенностей того же плана.

Это сфера не термодинамики, а уже статистической физики, если говорить конкретнее. Еще одной важной вещью является тот факт, что начала термодинамики не зависят друг от друга. То есть одно из второго вывести не получится.

Применение

Применение термодинамики, как было сказано ранее, идет по многим направлениям. За основу берется, кстати, одно из ее начал, которое иначе интерпретируется в форме закона сохранения энергии. Термодинамические решения и постулаты успешно внедряются в такие отрасли, как энергетическая промышленность, биомедицина, химия.

Вот в биологической энергетике повсеместно используется закон сохранения энергии и закон вероятности и направленности термодинамического процесса. Наряду с этим, там используются три наиболее распространенных понятия, на которых базируется вся работа и ее описание. Это термодинамическая система, процесс и фаза процесса.

Процессы

Процессы в термодинамике имеют разную степень сложности. Их насчитывается семь штук. Вообще, под процессом в таком случае следует понимать не что иное, как изменение макроскопического состояния, в которое система была приведена ранее. Следует понимать, что разница между условным начальным состоянием и конечным результатом может быть ничтожной.

Если разница бесконечно мала, то произошедший процесс мы вполне можем назвать элементарным. Если мы будем обсуждать процессы, то придется прибегнуть к упоминанию дополнительных терминов. Один из них — это “рабочее тело”. Рабочим телом называется система, в которой происходит один тепловой процесс или несколько.

Условно процессы подразделяются на неравновесные и равновесные. В случае с последним все состояния, через которые предстоит пройти термодинамической системе, являются, соответственно, неравновесными. Зачастую изменение состояний идет в таких случаях быстрыми темпами. А вот равновесные процессы близки к квазистатическим. В них изменения проходят на порядок медленнее.

Тепловые процессы, происходящие в термодинамических системах, могут быть как обратимыми, так и необратимыми.

Для того чтобы понять суть, разобьем в своем представлении последовательность действий на определенные промежутки.

Если мы можем сделать тот же процесс в обратном направлении с теми же “промежуточными станциями”, то его можно назвать обратимым. В противном случае сделать это не получится.

Источник: https://FB.ru/article/249665/termodinamika---eto-opredelenie-zakonyi-primenenie-i-protsessyi

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Применение термодинамики

Cтраница 1

Применение термодинамики как метода обобщения экспериментального материала имеет большое значение в развитии теоретической химии.

Однако переход к числовым величинам может быть осуществлен только для тех систем, для которых известны уравнения состояния.

Р’ настоящее время РІ термодинамике широко используется лишь уравнение для простейших систем, так называемых — идеальных. Строгая теория состояния реальных систем еще РЅРµ создана.

Применение же уравнений состояния для реальных систем РїСЂРёРІРѕРґРёС‚ Рє очень сложным Рё РіСЂРѕРјРѕР·РґРєРёРј соотношениям между такими характеристиками системы, как давление, температура, концентрация Рё РґСЂ. Поэтому для термодинамических расчетов РІ реальных системах получили большое распространение методы, основанные РЅР° использовании эмпирических данных. РћРґРЅРёРј РёР· таких методов расчета является метод летучести РІ применении Рє газовым системам Рё метод активности РІ применении Рє растворам.  [1]

Применение термодинамики как метода обобщения экспериментального материала имеет большое значение в развитии теоретической химии.

Однако переход к числовым величинам может быть осуществлен только для тех систем, для которых известны уравнения состояния.

В настоящее время в термодинамике широко используется лишь уравнение для простейших систем, так называемых-идеальных. Строгая теория состояния реальных систем еще не создана.

Применение же уравнений состояния для реальных систем РїСЂРёРІРѕРґРёС‚ Рє очень сложным Рё РіСЂРѕРјРѕР·РґРєРёРј соотношениям между такими характеристиками системы, как давление, температура, концентрация Рё РґСЂ. Поэтому для термодинамических расчетов РІ реальных системах получили большое распространение методы, основанные РЅР° использовании эмпирических данных. РћРґРЅРёРј РёР· таких методов расчета является метод летучести РІ применении Рє газовым системам Рё метод активности РІ применении Рє растворам.  [2]

Применение термодинамики Рє твердым телам часто бывает затруднено сильным взаимодействием атомов РІ твердом теле, почти РЅРµ поддающимся более или менее точному математическому описанию.  [3]

Применение термодинамики Рє неидеальным системам может быть сделано проще всего следующим путем, предложенным Льюисом.  [4]

Применение термодинамики к химическим процессам составляет предмет химической термодинамики.

Химическая термодинамика изучает соотношения между изменениями различных РІРёРґРѕРІ энергии химических процессов Рё РґСЂСѓРіРёРµ связанные СЃ этими изменениями РІРѕРїСЂРѕСЃС‹; РѕРЅР° исследует возможности, направление, предел самопроизвольного протекания химического процесса РІ данных условиях Рё условия равновесия химических реакций.  [5]

Применение термодинамики к химическим процессам составляет предмет химической термодинамики.

Химическая термодинамика изучает РЅРµ только соотношение между химической Рё РґСЂСѓРіРёРјРё видами энергии, РЅРѕ Рё РґСЂСѓРіРёРµ РІРѕРїСЂРѕСЃС‹; РѕРЅР° исследует возможности направления Рё предел самопроизвольного протекания химического процесса РІ данных условиях Рё устанавливает условия равновесия химических реакций. Р’СЃРµ эти Рё РґСЂСѓРіРёРµ РІРѕРїСЂРѕСЃС‹ химическая термодинамика рассматривает РЅРµ только РїСЂРё изучении различных химических реакций, РЅРѕ Рё РїСЂРё изучении гальванического элемента, процессов электролиза Рё РґСЂСѓРіРёС…, протекающих РІ растительных Рё животных организмах.  [6]

Применение термодинамики Рє С…РёРјРёРё дает такие сведения Рѕ химических реакциях, которые РЅРµ РјРѕРіСѓС‚ быть получены никаким РґСЂСѓРіРёРј путем. Р’ данном разделе РјС‹ рассмотрим три различных аспекта применения термодинамики Рє С…РёРјРёРё.  [7]

Применение термодинамики необратимых процессов Рє явлениям переноса позволяет РЅРµ только уточнить существующие СЃРїРѕСЃРѕР±С‹ расчета тепло — Рё массообмена, РЅРѕ Рё получить принципиально новые решения СЂСЏРґР° проблемных РІРѕРїСЂРѕСЃРѕРІ современной техники.  [9]

Применение термодинамики необратимых процессов РїСЂРё наложении внешних полей позволяет дать качественную Рё количественную характеристики влияния последних СЃ учетом свойств материальной среды, РЅР° которую РѕРЅРё воздействуют, РЅР° процессы переноса вещества.  [10]

Для применения термодинамики Рє металлургическим процессам первостепенное значение имеет определение термодинамических активностей элементов Рё соединений, растворенных РІ металле Рё шлаке. Для этого-успешно было применено измерение концентрации паров над раствором СЃ помощью меченых атомов.  [11]

Рассмотрим применение термодинамики необратимых процессов к явлениям проникновения газов через мембраны.

Это явление используется, например, РїСЂРё современном СЃРїРѕСЃРѕР±Рµ получения РѕСЃРѕР±Рѕ чистого РІРѕРґРѕСЂРѕРґР°, основанном РЅР° его фильтровании через перегородки РёР· сплавов платиновых металлов ( РІ частности, Pd — Ag), РІ которых РІРѕРґРѕСЂРѕРґ хорошо растворим.  [12]

Возможность применения термодинамики для предсказания результатов различных процессов основана РЅР° использовании понятий Рѕ равновесных Рё обратимых процессах.  [13]

Область применения термодинамики значительно шире, чем молекулярно-РєРёРЅРµ-тической теории, РёР±Рѕ нет таких областей физики Рё С…РёРјРёРё, РІ которых нельзя было Р±С‹ пользоваться термодинамическим методом.  [14]

Область применения термодинамики значительно шире, чем молекулярно-кинетической теории.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

Источник: https://www.ngpedia.ru/id316536p1.html

Booksm
Добавить комментарий