ТЕРМОДИНАМИЧНИ ПРОМЕНЛИВИ: КАКВИ СА ТЕ И РЕШЕНИ УПРАЖНЕНИЯ - ФИЗИЧЕСКИ - 2024

На термодинамични променливи или държавни променливи са тези макроскопски количества характеризират една термодинамична система, най-запознат налягане, обем, температурата и маса. Те са много полезни при описанието на системи с множество входове и изходи. Има много и също толкова важни променливи на състоянието, освен вече споменатите. Изборът зависи от системата и нейната сложност.

Самолет, пълен с пътници или автомобил, може да се счита за системи и техните променливи включват, освен масата и температурата, количеството гориво, географското положение, скоростта, ускорението и разбира се много други.

Фигура 1. Самолетът може да се изучава като термодинамична система. Източник: Pixabay

Ако могат да бъдат дефинирани толкова много променливи, кога променлива се счита за състояние? Тези, при които процесът, чрез който променливата придобива своята стойност, няма значение, се считат за такива.

От друга страна, когато естеството на трансформацията влияе на крайната стойност на променливата, тя вече не се счита за променлива на състоянието. Важни примери за това са работа и топлина.

Познаването на променливите на състоянието позволява да се опише физически системата в даден момент t _o. Благодарение на опита се създават математически модели, които описват еволюцията им във времето и предсказват състоянието в момент t> t _o.

Интензивни, обширни и специфични променливи

В случай на газ, който е система, която често се изучава в термодинамиката, масата е една от основните състояния и основни променливи на всяка система. Той е свързан с количеството материя, което съдържа. В международната система тя се измерва в кг.

Масата е много важна в системата и термодинамичните свойства се класифицират според това дали те зависят или не:

-Интензивни: те са независими от масата и размера, например температура, налягане, вискозитет и като цяло тези, които отличават една система от друга.

-Разходителни: тези, които се различават според размера на системата и нейната маса, като тегло, дължина и обем.

-Специфични: тези, получени чрез изразяване на обширни свойства на единица маса. Сред тях са специфична гравитация и специфичен обем.

За да разграничите различните видове променливи, представете си разделянето на системата на две равни части: ако величината остава една и съща във всяка, това е интензивна променлива. Ако не е, стойността му се намалява наполовина.

-Налягане, обем и температура

Сила на звука

Това е пространството, заето от системата. Единицата за обем в Международната система е кубическият метър: m ³. Други широко използвани единици включват кубични инчове, кубически фута и литър.

налягане

Това е скаларна величина, дадена от коефициента между перпендикулярния компонент на силата, приложена върху тяло, и неговата област. Единицата за налягане в международната система е нютона / м ² Or Паскал (Ра).

В допълнение към Паскал, налягането има многобройни единици, които се използват според района. Те включват psi, атмосфера (атм), барове и милиметри живак (mmHg).

температура

В своята интерпретация на микроскопично ниво температурата е мярката на кинетичната енергия на молекулите, съставляващи изследвания газ. И на макроскопско ниво показва посоката на топлинния поток при контакт на две системи.

Температурната единица в Международната система е Келвин (К), а там са и скалата Целзий (ºС) и Фаренхайт (ºF).

Решени упражнения

В този раздел ще се използват уравнения за получаване на стойностите на променливите, когато системата е в определена ситуация. Става въпрос за уравненията на държавата.

Уравнението на състоянието е математически модел, който използва променливите на състоянието и моделира поведението на системата. Като обект на изследване се предлага идеален газ, който се състои от набор от молекули, способни да се движат свободно, но без да взаимодействат помежду си.

Предложеното уравнение на състоянието за идеални газове е:

Където P е налягането, V е обемът, N е броят на молекулите и k е константата на Болцман.

-Упражнение 1

Надухте гумите на колата си до препоръчаното от производителя налягане от 3,21 × 10 ⁵ Па на място, където температурата беше –5,00 ° C, но сега искате да отидете на плажа, където е 28 ° C. С повишаването на температурата обемът на гумата се е увеличил с 3%.

Фигура 2. Когато температурата се повиши от -5ºC до 28ºC, въздухът в гумите се разширява и ако няма загуби. налягането се увеличава. Източник: Pixabay

Намерете крайното налягане в гумата и посочете дали е надвишило допустимия от производителя допуск, който не трябва да надвишава 10% от препоръчаното налягане.

Решение

Предлага се идеалният газов модел, поради което въздухът в гумите се приема, че следва даденото уравнение. Освен това ще се предположи, че в гумите няма изтичане на въздух, така че броят на бенките е постоянен:

Включено е условието, че крайният обем е нараснал с 3%:

Известните данни се заместват и крайното налягане се изчиства. Важно: температурата трябва да бъде изразена в Келвин: T (K) = T (° C) + 273.15

Производителят посочи, че толерансът е 10%, следователно максималната стойност на налягането е:

Можете спокойно да пътувате до плажа, поне що се отнася до гумите, тъй като не сте превишили установената граница на налягане.

Упражнение 2

Идеалният газ има обем от 30 литра при температура 27 ° C и налягането му 2 atm. Задържайки константата на налягането, намерете обема си, когато температурата премине -13 ºC.

Решение

Това е процес с постоянно налягане (изобарен процес). В такъв случай уравнението на идеалния газ опростява до:

Този резултат е известен като закон на Чарлз. Наличните данни са:

Решаване и замяна:

Препратки

1. Borgnakke. 2009. Основи на термодинамиката. 7 ^-мо издание. Уили и синове. 13-47.
2. Cengel, Y. 2012. Термодинамика. 7 ^ma издание. McGraw Hill. 2-6.
3. Основни понятия на термодинамичните системи. Възстановено от: текстови научни данни.com.
4. Енгел, Т. 2007. Въведение във физикохимията: термодинамика. Пиърсън. 1-9.
5. Nag, PK 2002. Основна и приложна термодинамика. Тата МакГрау Хил. 1-4.
6. Университет Навооа. Основна физикохимия. Възстановена от: fqb-unav.forosactivos.net