Видове и примери за термодинамични процеси

на термодинамични процеси те са физически или химични явления, които включват поток на топлина (енергия) или работа между системата и околностите. Когато говорим за топлина, рационално идва на ум образа на огъня, който е проявление par excellence на процес, който освобождава много топлинна енергия.

Системата може да бъде както макроскопична (влак, ракета, вулкан), така и микроскопична (атоми, бактерии, молекули, квантови точки и др.). Това е отделено от останалата част на Вселената, за да се вземе предвид топлината или работата, която влиза или излиза от това.

Съществува обаче не само топлинният поток, но и системите могат да генерират промени в някои променливи от тяхната среда в отговор на разглежданото явление. Според термодинамичните закони, трябва да има компенсация между реакцията и топлината, така че материята и енергията винаги да бъдат запазени.

Горното е валидно за макроскопски и микроскопични системи. Разликата между първата и последната е променливата, която се счита, че определя техните енергийни състояния (по същество, първоначалната и крайната)..

Въпреки това, термодинамичните модели имат за цел да свържат двата свята чрез контролиране на променливи като налягане, обем и температура на системите, запазвайки някои от тези константи, за да изследват ефекта на другите..

Първият модел, който позволява това приближение, е този на идеалните газове (PV = nRT), където n е броят на моловете, че при разделяне на обема V се получава моларен обем..

След това, изразявайки промените между системите около в зависимост от тези променливи, други могат да бъдат определени като работа (PV = W), необходима за машини и промишлени процеси.

От друга страна, друг тип термодинамична променлива е от по-голям интерес за химичните явления. Те са пряко свързани с освобождаването или усвояването на енергията и зависят от вътрешната природа на молекулите: формирането и видовете връзки.

индекс

• 1 Системи и явления в термодинамичните процеси
  • 1.1 Физични и химични явления
  • 1.2 Примери за физични явления
  • 1.3 Примери за химични явления
• 2 Видове и примери за термодинамични процеси
  • 2.1 Адиабатни процеси
  • 2.2 Изотермични процеси
  • 2.3 Изобарни процеси
  • 2.4 Изохорични процеси
• 3 Препратки

Системи и явления в термодинамичните процеси

В изображението по-горе са представени трите вида системи: затворени, отворени и адиабатни.

В затворената система няма прехвърляне на материя между него и околностите му, така че без значение може да влезе или излезе; енергията обаче може да пресече границите на кутията. С други думи: феноменът F може да освободи или абсорбира енергия, като по този начин модифицира това, което е извън кутията.

От друга страна, в отворената система хоризонтите на системата имат своите пунктирани линии, което означава, че и енергията, и материята могат да идват и излизат между това и околността..

И накрая, в изолирана система обменът на материя и енергия между него и околностите е нулев; поради тази причина в изображението третата кутия е затворена в балон. Необходимо е да се изясни, че околностите могат да бъдат останалата част от Вселената и че изследването е това, което определя до каква степен трябва да се разгледа обхватът на системата.

Физични и химични явления

Какво е конкретно явлението F? Посочено от буквата F и в рамките на жълт кръг, явлението е промяна, която се случва и може да бъде физическа модификация на материята или нейната трансформация.

Каква е разликата? Накратко: първият не прекъсва или създава нови връзки, а вторият не.

По този начин може да се разглежда термодинамичен процес в зависимост от това дали явлението е физическо или химично. И двете имат обща промяна в някои молекулярни или атомни свойства.

Примери за физични явления

Нагряването на вода в съда води до увеличаване на сблъсъците между неговите молекули, до точката, където налягането на неговите пари е равно на атмосферното налягане, и тогава се случва промяната на фазата от течност към газ. С други думи: водата се изпарява.

Тук водните молекули не разрушават нито една от техните връзки, но се подлагат на енергийни промени; или това, което е същото, вътрешната енергия U на водата се модифицира.

Какви са термодинамичните променливи за този случай? Атмосферното налягане Р_бивш, температурата, получена от изгарянето на газ за готвене и обема на водата.

Атмосферното налягане е постоянно, но температурата на водата не е, тъй като се нагрява; нито обема, защото молекулите му се разширяват в пространството. Това е пример за физическо явление в рамките на изобарен процес; термодинамична система при постоянно налягане.

Какво ще стане, ако поставите водата с боб в тенджера под налягане? В този случай обемът остава постоянен (докато налягането не се освобождава при готвене на зърната), но налягането и температурата се променят..

Това е така, защото полученият газ не може да избяга и се върти по стените на саксията и повърхността на течността. Говорим за друго физическо явление, но в рамките на изохоричен процес.

Примери за химични явления

Беше споменато, че съществуват термодинамични променливи, присъщи на микроскопските фактори, като молекулярната или атомната структура. Какви са тези променливи? Енталпията (H), ентропията (S), вътрешната енергия (U) и свободната енергия на Gibbs (S).

Тези присъщи променливи на материята се дефинират и изразяват чрез макроскопичните термодинамични променливи (P, T и V), съгласно избрания математически модел (най-общо идеалния газов модел). Благодарение на това могат да се направят термодинамични изследвания на химичните явления.

Например, искаме да изследваме химична реакция от тип А + В => С, но реакцията протича само при температура 70 ° С. В допълнение, при температури над 100 ° C, вместо да се произвежда C, D се генерира.

При тези условия реакторът (комплектът, в който се провежда реакцията) трябва да гарантира постоянна температура около 70 ° C, така че процесът е изотермичен.

Видове и примери за термодинамични процеси

Адиабатни процеси

Те са тези, в които няма нетен трансфер между системата и околностите. Това в дългосрочен план е гарантирано от изолирана система (кутията в балона).

Примери

Пример за това са калориметрите, които определят количеството топлина, което се отделя или абсорбира от химическа реакция (изгаряне, разтваряне, окисление и др.).

В рамките на физическите явления е движението, което генерира горещия газ поради натиска върху буталата. По същия начин, когато въздушният поток пресира земна повърхност, неговата температура се увеличава, тъй като е принудена да се разширява.

От друга страна, ако другата повърхност е газообразна и има по-ниска плътност, нейната температура ще намалее, когато усети по-високо налягане, принуждавайки частиците й да кондензират..

Адиабатните процеси са идеални за много промишлени процеси, при които по-ниските топлинни загуби предполагат по-ниска производителност, която е отразена в разходите. За да го счита за такъв, топлинният поток трябва да бъде нула или количеството топлина, което постъпва, трябва да бъде равно на количеството, което влиза в системата..

Изотермични процеси

Изотермичните процеси са всички онези, при които температурата на системата остава постоянна. Това се прави чрез работа, така че другите променливи (P и V) да се променят с времето.

Примери

Примери за този тип термодинамичен процес са безбройни. По същество, много клетъчна активност се извършва при постоянна температура (обмяната на йони и вода през клетъчните мембрани). В рамките на химичните реакции, всички, които създават термично равновесие, се считат за изотермични процеси.

Човешкият метаболизъм успява да поддържа постоянна телесна температура (приблизително 37 ° С) чрез широк спектър от химични реакции. Това се постига благодарение на енергията, която се получава от храната.

Фазовите промени са също изотермични процеси. Например, когато течност замръзне, тя отделя топлина, като предотвратява понижаването на температурата, докато не е напълно в твърда фаза. След като това се случи, температурата може да продължи да намалява, защото твърдото вещество вече не отделя енергия.

В тези системи, които включват идеални газове, промяната на вътрешната енергия U е нула, така че цялата топлина се използва за извършване на работа.

Изобарни процеси

В тези процеси налягането в системата остава постоянно, променяйки обема и температурата. По принцип те могат да се появят в системи, отворени за атмосферата, или в затворени системи, чиито граници могат да бъдат деформирани от увеличаването на обема, за да се противодейства на увеличаването на налягането.

Примери

В цилиндрите вътре в двигателите, когато газът се загрява, той избутва буталото, което променя обема на системата.

Ако това не беше така, налягането ще се увеличи, тъй като системата няма начин да намали сблъсъците на газообразни видове по стените на цилиндъра..

Изохорични процеси

В изохоричните процеси обемът остава постоянен. Също така може да се приеме за такива, при които системата не генерира никаква работа (W = 0).

По принцип, те са физически или химични явления, които се изучават във всеки контейнер, независимо дали с възбуда или не.

Примери

Примери за тези процеси са готвене на храна, приготвяне на кафе, охлаждане на бутилка сладолед, кристализация на захар, разтваряне на малко разтворима утайка, йонообменна хроматография, наред с други..

препратки

1. Джоунс, Андрю Цимерман. (17 септември 2016 г.). Какво е термодинамичен процес? Взето от: thoughtco.com
2. J. Wilkes. (2014). Термодинамични процеси. [PDF]. Взето от: courses.washington.edu
3. Проучване (9 август 2016 г.). Термодинамични процеси: изобаричен, изохоричен, изотермичен и адиабатен. Взето от: study.com
4. Кевин Вандрей (2018). Какви са ежедневните примери на първия и втория закон на термодинамиката? Hearst Seattle Media, LLC. Взето от: education.seattlepi.com
5. Ламбърт. (2006 г.). Вторият закон на термодинамиката. Взето от: entropysite.oxy.edu
6. 15 Термодинамика. [PDF]. Взето от: wright.edu