한국   대만   중국   일본 
Termodinamika ? Vikip?dija P?riet uz saturu

Termodinamika

Vikip?dijas lapa
Viskozas vides (g?zes vai ??idruma) termisk? izple?an?s

Termodinamika (no sengrie?u therme ? siltums, dynamis ? sp?ks [1] ) ir fizikas nozare, kas nodarbojas ar da??du ener?ijas formu un ener?ijas p?rneses formu attiec?b?m. Termodinamik? p?ta iek??jo ener?iju , siltuma daudzumu , darbu , entropiju , un t? ir cie?i saist?ta ar statistisko meh?niku .

At??ir?b? no meh?nikas termodinamik? ener?ijas zaud??ana vai sa?em?ana notiek divos veidos: ar darbu vai ar siltumu . Pirmais ir jebkur? makrofiziskais ener?ijas nodo?anas veids, otrais ir mikrofizisko ener?ijas nodo?anas procesu kopums. T?pat at??ir?b? no meh?nikas termodinamik? ener?ija tiek iedal?ta ?erme?u ?r?j? ener?ij? un ?erme?u iek??j? ener?ij?. [1]

Termodinamika balst?s uz diviem termodinamikas s?kumiem (likumiem, principiem): pirmo un otro termodinamikas likumu, kuri saist?ti ar galveno fizikas likumu par ener?ijas nez?dam?bu . [2]

Termodinamikas j?dzieni [ labot ?o sada?u | labot pirmkodu ]

Termodinamisk?s sist?mas [ labot ?o sada?u | labot pirmkodu ]

Termodinamika pie?em, ka pasaule ir sadal?ta sist?m?s , ko atdala vai nu re?las, vai iedom?tas robe?as. Sist?mas, kas netiek apskat?tas attiec?gaj? br?d?, tiek uzskat?tas par vidi. Sist?mas ir iesp?jams sadal?t s?k?k vai apvienot.

Past?v tr?s termodinamisko sist?mu tipi:

  1. izol?tas sist?mas (sist?ma un t?s vide neapmain?s ar siltumu, mat?riju vai darbu, tas ir, sist?mu aptver adiab?tisks jeb siltumnecaurlaid?gs apvalks),
  2. sl?gtas sist?mas (sist?ma un t?s vide neapmain?s ar mat?riju, ta?u apmain?s ar ener?iju (caur siltumu, darbu)),
  3. atv?rtas sist?mas (sist?ma un t?s vide apmain?s gan ar mat?riju, gan ener?iju).

Makroskopiskie parametri [ labot ?o sada?u | labot pirmkodu ]

Makroskopiskie parametri ir t?di lielumi k? spiediens , tilpums , bl?vums , temperat?ra . ?ie parametri ir vid?jie lielumi, kas raksturo liela da?i?u kopuma norises. Konkr?t? gad?jum? ?o parametru v?rt?bas var at??irties no ?o pa?u parametru vid?j?m v?rt?b?m, un ??das novirzes sauc par fluktu?cij?m . Jo liel?ks da?i?u skaits, jo maz?kas fluktu?cijas. Termodinamik? fluktu?cijas parasti ne?em v?r?, piem?ram, spiediena fluktu?cijas 1 cm³ gaisa norm?los apst?k?os nep?rsniedz 10 ?19 da?u no gaisa spiediena vid?j?s v?rt?bas. ?os parametrus sauc par makroskopiskajiem, jo tie neapraksta atsevi??as da?i?as, t? k? zin?t katras da?i?as vietu un kust?bu viel? nav iesp?jams un to zin?t nav nepiecie?ams. [3]

Iz??ir procesa parametrus un st?vok?a parametrus. Procesa parametri ir lielumi, kuru skaitlisk? v?rt?ba ir atkar?ga no ce?a, pa kuru sist?ma no s?kuma st?vok?a non?k beigu st?vokl?. St?vok?a parametri ir lielumi, kuru skaitlisk? v?rt?ba nav atkar?ga ce?a, pa kuru sist?ma no s?kuma st?vok?a non?k beigu st?vokl?. [4]

Termodinamiskie procesi [ labot ?o sada?u | labot pirmkodu ]

Termodinamiska procesa piem?rs- karno cikls . 1,. 3. procesi ir izotermiski, bet 2., 4. procesi ir adiab?tiski. Non?kot s?kumpunkt?, cikls var s?kties no jauna.

Katra makroskopisk? parametra izmai?a izraisa termodinamisk?s sist?mas st?vok?a izmai?u. Sec?gu sist?mas st?vok?u mai?u sauc par termodinamisko jeb siltuma procesu. Ja sist?ma ??da procesa beig?s atgrie?as s?kumst?vokl?, tas ir ciklisks process.

Termodinamiskais jeb siltuma l?dzsvars ir st?voklis, kur? termodinamisk?s sist?mas visi makroskopiskie parametri neierobe?oti ilgi paliek nemain?gi (piem?ram, sl?gt? trauk? eso?ai g?zei laik? nemain?s tilpums, spiediens, temperat?ra). ??da st?vokl? nenotiek ener?ijas apmai?a starp sist?mu un apk?rt?jo vidi un, ja sist?ma sast?v no vair?kiem ?erme?iem, to visu temperat?ra ir vien?da. Sist?mas atsevi??o da?u citu parametru (visu, iz?emot temperat?ras) v?rt?bas var b?t at??ir?gas (piem?ram, g?zei, kas atrodas sl?gt?, ar ???rssienu sadal?t? trauk?, ab?s trauka da??s ir vien?da temperat?ra, bet at??ir?gs spiediens). Pirm? siltuma l?dzsvara aksioma : izol?t? sist?m?, kura sast?v no jebk?diem ?erme?iem jebk?d? daudzum?, agri vai v?lu iest?jas siltuma l?dzsvars. [1] Otr? siltuma l?dzsvara aksioma: izol?t? sist?m?, kura sast?v no jebk?diem ?erme?iem jebk?d? daudzum? un kur? v?l nav iest?jies siltuma l?dzsvars, ? jo maz?ka ?erme?a masa, jo strauj?kas ?erme?a st?vok?a izmai?as. [1]

Termodinamisko procesu, kur?, mainoties makroskopiskajiem parametriem, katr? laika moment? sist?ma atrodas l?dzsvara st?vokl?, sauc par l?dzsvarotu procesu. Klasiskaj? termodinamik? p?ta tie?i ??dus procesus. Neviens re?ls process nevar b?t l?dzsvarots t?p?c, ka procesam b?tu j?norisin?s bezgala l?n?m, lai katr? laika moment? iest?tos l?dzsvars. T?p?c ieviests kvazistatiska jeb kvazil?dzsvarota procesa j?dziens, kas ir idealiz?ts process, kuru veido sec?gi, tuvi l?dzsvara st?vok?i. [3]

?ermenis, st?voklis, f?ze [ labot ?o sada?u | labot pirmkodu ]

Termodinamik? par ?ermeni sauc vielu , kura aiz?em noteiktu tilpumu. Termodinamik? ?erme?i tiek iedal?ti div?s grup?s: ??miski viendab?gi ?erme?i, tas ir, ??miskie elementi vai ??miskie savienojumi bez piejaukumiem, un ??miski neviendab?gi ?erme?i, tas ir, vielas ar piejaukumiem, kas ietekm? ?o vielu fizik?l?s ?pa??bas. ??miski neviendab?gu ?erme?u sast?vs var b?t viendab?gs ? vielas, kuru mais?jums veido ?ermeni, vis?s ?erme?a da??s ir vien?d?s proporcij?s ? un neviendab?gs ? da??d?s ?erme?a da??s vielu proporcija ir at??ir?ga.

Visas paz?mes, kuras raksturo ?ermeni un kur?m piem?t objekt?vs m?rs (piem?ram, bl?vums, sasil?anas pak?pe, elektriz?t?bas pak?pe, magnetiz?t?bas pak?pe, vielu daudzuma attiec?ba), sauc par ?erme?a st?vok?a termodinamiskajiem parametriem. Termodinamiskais ?erme?a st?voklis ir visu min?to parametru kopums.

Par f?zi termodinamik? d?v? fizik?li viendab?gu ?ermeni (t?di parametri k? bl?vums, temperat?ra u.c. vien?di vis?s ?erme?a da??s) vai vair?ku vien?du p?c sast?va un l?dzsvara st?vok?a ?erme?u kopumu. [1]

Spiediens - da?i?u impulsa mai?a triecoties vienai pret otru vai pret trauka sien?m.

Spiediens [ labot ?o sada?u | labot pirmkodu ]

?r?ji sp?ki rada spriegumu (spiedienu) uz ?ermeni apvalka spiediens uz ?ermeni). Nekust?gs ?ermenis rada uz savu apvalku t?du pa?u spiedienu, k?du apvalks rada uz ?ermeni (darb?ba vien?da ar pretdarb?bu, abu spiedienu v?rt?bas ir vien?das, bet to z?mes + vai - ir pret?jas). Spiedienu, kuru ?ermenis rada uz savu apvalku, apz?m? ar . , ja ?ermenis tiek saspiests, un , ja ?ermenis tiek vispus?ji izstiepts. [1]

Izple?an?s darbs [ labot ?o sada?u | labot pirmkodu ]

L?dzsvarotas izple?an?s proces? ?erme?a veikto darbu izsaka formula

, kur ir spiediens, ir tilpuma izmai?a. [5]

??das norises past?v, piem?ram, horizont?li novietot? cilindr? , kura vienu galu sl?dz kust?gs virzulis un kur? atrodas ?ermenis. Pie?em, ka virzulis p?rvietojas cilindr? bez berzes . L?dzsvarot? st?vokl? spiediens ir v?rsts perpendikul?ri ?erme?a apvalka virsmai un uz virzuli darbojas sp?ks

, kur ir virzu?a virsmas laukums . T?p?c darbu var izteikta ar? ar ??du formulu:

, kur ir virzu?a p?rvietojums (cilndra tilpums ir pamata laukuma un augstuma reizin?jums, ?aj? gad?jum? augstums ir virzu?a p?rvietojums un cilindra tilpums ir tilpuma izmai?a ).

Ja ?erme?a spiediens uz virzuli nav vien?ds ar , notiek nel?dzsvarota izple?an?s. Vid?jo spiedienu, kuru ?ermenis rada uz virzuli izple?an?s moment? apz?m? ar (efekt?vais spiediens). Nel?dzsvarotas izple?an?s darbu izsaka ar formulu

.

Kad ?ermenis izple?as, un .

Ja nepast?v sp?ki, kas vismaz da??ji l?dzsvaro ?erme?a spiedienu ( ), ?ermenis var izplesties, neveicot darbu ( ).

Kad ?ermenis tiek saspiests, un , ta?u , un .

L?dz ar to nel?dzsvarotas izple?an?s un saspie?anas procesos . [1]

Siltuma izplat??an?s veidi: konvekcija , kondukcija un siltumstarojums .

Siltums [ labot ?o sada?u | labot pirmkodu ]

Neatkar?gi no t?, ka past?v da??di siltuma j?dziena skaidrojumi, svar?gi: termodinamik? siltums, t?pat k? darbs, ir ener?ijas p?rneses veids (visbie??k sastopamais k??dainais siltuma skaidrojums ir, ka siltums pats ir ener?ijas veids). Siltums un darbs ir nel?dzv?rt?gi ener?ijas p?rneses veidi t?d? zi??, ka ar darbu var tikt papildin?ts jebkura ener?ijas veida kr?jums, turpret? ar siltumu var tikt papildin?ts tikai iek??j?s ener?ijas kr?jums. [1]

Iek??j? ener?ija [ labot ?o sada?u | labot pirmkodu ]

Iek??j? ener?ija ir makroskopisks lielums, kur? sev? ietver sist?mu veidojo?o da?i?u mikroskopisk?s kust?bas ener?iju, mijiedarb?bas ener?iju (molekul?r? pievilk?an?s un atgr??an?s), iek?molekul?ro un iek?atom?ro ??misko ener?iju, k? ar? kodolener?iju , starpmolekulu gravit?cijas ener?iju un starojuma ener?iju. [1]

Entalpija [ labot ?o sada?u | labot pirmkodu ]

Entalpija ir makroskopisks lielums, kur? raksturo izob?risku (nemain?gs spiediens) procesu siltumefektus, entalpija ir skaitliski vien?da ar iek??j?s ener?ijas izmai?as un izple?an?s darba summu. [4]

Entropija [ labot ?o sada?u | labot pirmkodu ]

Entropija ir makroskopisks lielums, kur? raksturo sist?mas varb?t?gumu jeb nesak?rtot?bas pak?pi. [4]

Gibsa ener?ija [ labot ?o sada?u | labot pirmkodu ]

Gibsa ener?ija ir makroskopisks lielums, kur? nor?da, cik liela iek??j?s ener?ija da?a var tikt izmantota vai ieg?ta ??miskaj? p?rv?rt?b?.

Kompens?cija [ labot ?o sada?u | labot pirmkodu ]

Termodinamik? kompens?cija ir darba ?erme?a (pirm? veida kompens?cija) vai citu proces? iek?auto ?erme?u (otr? veida kompens?cija) termodinamisk? st?vok?a izmai?a, p?rv?r?ot siltumu darb?; ?is j?dziens tiek izmantots otr? termodinamikas likuma aprakst??anai. [1]

Re?ener?cija [ labot ?o sada?u | labot pirmkodu ]

Siltuma re?ener?cija jeb p?rveido?ana ir ?erme?a gan k? siltumavota, gan k? dzes?t?ja izmanto?ana da??d?s cikla pus?s, t? tuvina cikla ?pa??bas Karno ciklam , tas ir, paaugstina lietder?bas koeficientu . [1]

Relaks?cija [ labot ?o sada?u | labot pirmkodu ]

Relaks?cija ir sist?ma atgrie?an?s l?dzsvara st?vokl? p?c ?r?jas iedarb?bas izbeig?an?s. Relaks?cija ilgst noteiktu laiku, kur? da??diem parametriem var at??irties. [6]

Termodinamikas likumi [ labot ?o sada?u | labot pirmkodu ]

Pirmais termodinamikas likums [ labot ?o sada?u | labot pirmkodu ]

Pirmais no termodinamikas likumiem ir ener?ijas nez?dam?bas likums , ko var defin?t ??di:

  • sist?mai pievad?tais siltums var tikt t?r?ts vai nu sist?mas iek??j?s ener?ijas palielin??anai, vai darba padar??anai uz apk?rt?jo vidi (darbu veic sist?ma)

[7]  ;

  • sist?mai pievad?ts siltums un pielikts darbs summ? izmaina sist?mas iek??jo ener?iju (darbu veic ?r?ji sp?ki)

[8] .

Otrais termodinamikas likums [ labot ?o sada?u | labot pirmkodu ]

Otro termodinamikas likumu vienk?r?oti var defin?t ??di: sl?gt? sist?m? entropija nekad netop maz?ka. Var teikt ar?, ka siltums nekad pats no sevis nep?riet no v?s?k? ?erme?a uz silt?ko ?ermeni t?, lai apk?rtn? neb?tu notiku?as nek?das izmai?as.

Tre?ais termodinamikas likums [ labot ?o sada?u | labot pirmkodu ]

Tre?ais termodinamikas likums ir ??ds: visi procesi apst?jas, temperat?rai tuvojoties absol?tajai nullei .

Ceturtais termodinamikas likums [ labot ?o sada?u | labot pirmkodu ]

V?l tiek izdal?ts ceturtais jeb nulltais termodinamikas likums : sl?gt? sist?ma laika gait? patva??gi p?riet l?dzsvara st?vokl? un paliek taj? neierobe?oti ilgi, kam?r nemain?s ?r?j?s vides iedarb?ba.

G?zu likumi [ labot ?o sada?u | labot pirmkodu ]

G?zu izoparametriskie procesi
Process Likums Formula
Izotermisks Boila?Mariota

Izob?risks G?-Lisaka

Izohorisks ?arla

Nemainoties vielas masai , t?s makroskopiskie parametri ? tilpums , spiediens , temperat?ra ? ir savstarp?ji saist?ti. Visvienk?r??k ??s sakar?bas ir nov?rojamas g?z?m .

, kur k?pin?t?ju skaitlisk?s v?rt?bas katrai g?zei nosak?mas eksperiment?li .

Ja proces? nemain?s g?zes temperat?ra , ??du procesu sauc par izotermisku procesu . Ja nemain?s spiediens , tas ir izob?risks process . Ja nemain?gs ir tilpums , process ir izohorisks . Adiab?tisks process [9] ? process, kur? nenotiek siltumapmai?a.

Ja g?zei, kurai nemain?s masa , atbilst Klapeirona jeb ide?l?s g?zes st?vok?a vien?dojums

,

t? ir ide?la g?ze . Visas vielas g?zveida st?vokl? ir re?las g?zes un t?m Klapeirona vien?dojums ir pareizs tikai tuvin?ti, ta?u tas ir pietiekami prec?zs retin?t?m g?z?m, ja to temperat?ra ir t?la no kondens??an?s / iztvaiko?anas temperat?ras.

Boila?Mariota likums [ labot ?o sada?u | labot pirmkodu ]

Boila?Mariota likums ir Klapeirona?Mende?ejeva vien?dojums izotermiskam procesam:

.

G?zes spiediens ir apgriezti proporcion?ls t?s tilpumam . L?kni, kura grafiski att?lo g?zes spiediena atkar?bu no tilpuma, sauc par izotermu [10] .

G?-Lisaka likums [ labot ?o sada?u | labot pirmkodu ]

Klapeirona?Mende?ejeva vien?dojums izob?riskam procesam:

.

Ja un temperat?r? g?zes tilpums ir , bet temperat?r? ??s g?zes tilpums ir ,

, kur , ;

, kur ir g?zes tilpuma termiskais koeficients.

G?-Lisaka likums : vis?m ide?l?m g?z?m rakstur?ga vien?da tilpuma termisk? koeficienta v?rt?ba. Re?laj?m g?z?m, ja t?m tuvin?ti ir pareizs Klapeirona vien?dojums, ir aptuveni vien?ds ar t? v?rt?bu ide?l?m g?z?m.

G?zes tilpums ir proporcion?ls t?s temperat?rai . L?kni, kura grafiski att?lo g?zes tilpuma atkar?bu no temperat?ras, sauc par izob?ru [11] .

?arla likums [ labot ?o sada?u | labot pirmkodu ]

Klapeirona?Mende?ejeva vien?dojums izohoriskam procesam:

.

Ja un temperat?r? g?zes spiediens ir , bet temperat?r? ??s g?zes spiediens ir ,

, kur , ;

, kur ir g?zes spiediena termiskais koeficients.

?arla likums : vis?m ide?l?m g?z?m rakstur?ga vien?da spiediena termisk? koeficienta v?rt?ba. Re?laj?m g?z?m, ja t?m tuvin?ti ir pareizs Klapeirona vien?dojums, ir aptuveni vien?ds ar t? v?rt?bu ide?l?m g?z?m. [3]

G?zes spiediens ir proporcion?ls t?s temperat?rai . L?kni, kura grafiski att?lo g?zes spiediena atkar?bu no temperat?ras, sauc par izohoru [12] .

Termodinamikas v?sture [ labot ?o sada?u | labot pirmkodu ]

Sad? Karno ? termodinamikas "t?vs"

Siltuma daudzums form?li netika atz?ts par ener?ijas veidu l?dz 1795. gadam, kad milit?rais in?enieris Bend?amins Tompsons ( Benjamin Thompson ) dev?s uz Angliju, kur piev?rs?s artil?rijas iero?u izgatavo?anas probl?mai. ??s probl?mas risin??an? vi?? pie??ma, ka siltums ir ener?ijas forma. Par termodinamikas "t?vu" uzskata fran?u milit?ro in?enieri Sad? Karno . [13] Vi?? nol?ma p?t?t tvaika dzin?ja darb?bas ciklu, att?lojot tvaika dzin?j? izmantot?s vielas temperat?ras, spiediena un tilpuma izmai?as grafik?. ?is cikls m?sdien?s ir zin?ms k? Karno cikls . 1824. gad? Sad? Karno public?ja darbu "P?rdomas par uguns kust?bas sp?ku un par ma??n?m, kas sp?j?gas att?st?t ?o sp?ku" ( fran?u : Reflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres a developper cette puissance ).

T?pat par termodinamikas aizs?c?jiem uzskata Klapeironu , Majeru , lordu Kelvinu , Klauziusu , Renkinu , Hirnu , Ceineru , Lindi 18. gadsimt?, Molj? 20. gadsimt?. [1]

19. gadsimt? tika att?st?ta t? saukt? tehnisk? termodinamika, tas ir, att?st?tas siltuma ma??nu ( tvaika virzu?dzin?ju , iek?dedzes dzin?ju , tvaika turb?nu ) darb?bas teorijas. ?aj? laik? galven? v?r?ba tika velt?ta cikliskiem procesiem un to lietder?bas koeficientam , g?zu un tvaiku ?pa??b?m, termodinamisko diagrammu rad??anai. 20. gadsimt? arvien v?l tehniskaj? termodinamik? par svar?g?ku k?uva tvaiku pl?smas un izkliedes p?t??ana, un visliel?kie nopelni taj? pieder Lorencam un Prandtlam . [1]

20. gadsimt? tika aizs?ktas un att?st?tas jaun?kas termodinamikas nozares:

Termodinamika ir veicin?jusi jaunu fizikas nozaru ra?anos, piem?ram, kvantu teorija rad?ta p?c Planka termodinamikas p?t?jumiem, ??mijas konstan?u teorija un g?zu de?ener??anas teorija rad?ta p?c Nernsta termodinamikas p?t?jumiem, aktivit?tes teorija ? p?c L?isa termodinamikas p?t?jumiem. [1]

Termodinamik?, t?pat k? daudz?s cit?s fizikas nozar?s, ir bijusi k??daina teorija ? siltumra?a teorija, kuru izdev?s aizst?t ar molekul?ri kin?tisko teoriju tikai p?c ilgsto?iem pier?d?jumiem un kuras ietekme termodinamik? past?v v?l ?obr?d, piem?ram, j?dzieni, k? siltumietilp?ba , siltuma daudzums (ar? aplamie, bezj?dz?gie v?rdu savienojumi, k? 'siltuma kr?jums', 'siltuma ener?ija'), kuri m?dz rad?t priek?statu par siltumu k? par kaut ko ?erme?os eso?u. [1]

Atsauces [ labot ?o sada?u | labot pirmkodu ]

  1. 1,00 1,01 1,02 1,03 1,04 1,05 1,06 1,07 1,08 1,09 1,10 1,11 1,12 1,13 1,14 1,15 ≪К. А. Путилов. Термодинамика. 1971≫ . Skat?ts: 18.03.2021 .
  2. ≪О.М. Полторак - Термодинамика в физической химии≫ . Skat?ts: 19.03.2021 .
  3. 3,0 3,1 3,2 Viktors F?orovs, Imants Kolangs, P?teris Pu??tis, Edv?ns ?ilters, Em?ls Vainovskis. Fizikas rokasgr?mata . R?ga : Zvaigzne, 1985. 89.?99. lpp.
  4. 4,0 4,1 4,2 Valdis Kokars. Visp?r?g? ??mija . R?gas Tehnisk? universit?te, 2009. 100.?111. lpp. ISBN   978-9984-32-700-6 .
  5. ≪Работа расширения или сжатия газа≫ . studfile.net . Skat?ts: 06.06.2021 .
  6. A. Valters, A. Apinis, M. Ogri??, A. Danebergs, Dz. L?sis, A. Okmanis, J. ?udars. Fizika . Zvaigzne, 1992. 125. lpp. ISBN   5-405-00110-4 .
  7. Walker, Jearl, 1945-. Halliday & Resnick fundamentals of physics (extended edition izd.). Hoboken, NJ. ISBN   978-1-119-46013-8 . OCLC   1119740042 .
  8. ≪1 TDL + Adiab?tisks process≫ . fizmix.lv . Skat?ts: 28.06.2021 .
  9. ≪adiab?tisks process≫ . termini.gov.lv . Skat?ts: 25.05.2021 .
  10. ≪izoterma≫ . tezaurs.lv . Skat?ts: 10.06.2021 .
  11. ≪Izob?risks process≫ . uzdevumi.lv . Skat?ts: 10.06.2021 .
  12. ≪izohora≫ . tezaurs.lv . Skat?ts: 10.06.2021 .
  13. ≪Nicolas Leonard Sadi Carnot≫ . Asme.org . Skat?ts: 2014. gada 14. novembr? .

?r?j?s saites [ labot ?o sada?u | labot pirmkodu ]

Skat?t ar? [ labot ?o sada?u | labot pirmkodu ]