Jenis dan Contoh Proses Thermodinamik



The proses termodinamik mereka adalah fenomena fizikal atau kimia yang melibatkan aliran haba (tenaga) atau kerja antara sistem dan persekitarannya. Apabila bercakap tentang haba, secara rasional datang ke fikiran imej api, yang merupakan manifestasi kecemerlangan par dengan proses yang mengeluarkan banyak tenaga terma.

Sistem ini boleh menjadi makroskopik (kereta api, roket, gunung berapi) dan mikroskopik (atom, bakteria, molekul, titik kuantum, dan lain-lain). Ini dipisahkan dari seluruh alam semesta untuk mempertimbangkan haba atau kerja yang memasuki atau meninggalkan ini.

Walau bagaimanapun, bukan sahaja aliran haba wujud, tetapi sistem juga boleh menghasilkan perubahan dalam beberapa pemboleh ubah persekitaran mereka sebagai tindak balas kepada fenomena yang dipertimbangkan. Menurut undang-undang termodinamik, mesti ada pampasan antara tindak balas dan haba supaya perkara dan tenaga sentiasa dipelihara.

Di atas adalah sah untuk sistem makroskopik dan mikroskopik. Perbezaan antara yang pertama dan yang terakhir ialah pembolehubah yang dianggap menentukan keadaan tenaga mereka (pada dasarnya, awal dan akhir).

Walau bagaimanapun, model termodinamik bertujuan menghubungkan kedua-dua dunia dengan mengawal pembolehubah seperti tekanan, kelantangan dan suhu sistem, memelihara beberapa pemalar ini untuk mengkaji kesan orang lain.

Model pertama yang membolehkan penghampiran ini adalah gas ideal (PV = nRT), di mana n adalah bilangan tahi lalat, apabila membahagikan antara volum V, jumlah molar diperolehi.

Kemudian, menyatakan perubahan di antara sistem bergantung kepada pemboleh ubah ini, yang lain dapat didefinisikan sebagai kerja (PV = W), yang tidak diperlukan untuk mesin dan proses industri.

Sebaliknya, satu lagi pembolehubah termodinamik adalah minat yang lebih besar untuk fenomena kimia. Ini secara langsung berkaitan dengan pembebasan atau penyerapan tenaga, dan bergantung kepada sifat intrinsik molekul: pembentukan dan jenis pautan.

Indeks

  • 1 Sistem dan fenomena dalam proses termodinamik
    • 1.1 fenomena fizikal dan kimia
    • 1.2 Contoh fenomena fizikal
    • 1.3 Contoh fenomena kimia
  • 2 Jenis dan contoh proses termodinamik
    • 2.1 Proses adiabatik
    • 2.2 Proses Isothermal
    • 2.3 Proses Isobaric
    • 2.4 Proses Isochoric
  • 3 Rujukan

Sistem dan fenomena dalam proses termodinamik

Dalam imej di atas, tiga jenis sistem diwakili: tertutup, terbuka dan adiabatik.

Dalam sistem yang tertutup tidak ada perpindahan perkara di antaranya dan persekitarannya, supaya tidak dapat masuk atau keluar; Walau bagaimanapun, tenaga boleh menyeberang sempadan kotak. Dengan kata lain: fenomena F dapat melepaskan atau menyerap tenaga, dengan itu mengubah suai apa yang ada di luar kotak.

Sebaliknya, dalam sistem terbuka, cakrawala sistem mempunyai garis putus-putusnya, yang bermaksud bahawa kedua-dua tenaga dan perkara boleh datang dan pergi antara ini dan sekitarnya..

Akhirnya, dalam sistem yang terpencil, pertukaran bahan dan tenaga antara ia dan persekitarannya adalah batal; Atas sebab ini, dalam imej kotak ketiga disertakan dalam gelembung. Ia perlu menjelaskan bahawa persekitaran boleh menjadi seluruh alam semesta, dan kajian itu adalah yang menentukan sejauh mana untuk mempertimbangkan skop sistem.

Fenomena fizikal dan kimia

Apakah fenomena yang khusus F? Diakui oleh huruf F dan dalam lingkaran kuning, fenomena itu adalah perubahan yang berlaku dan boleh menjadi pengubahsuaian fizikal benda, atau perubahannya.

Apakah perbezaannya? Ringkasnya: yang pertama tidak memecahkan atau mencipta pautan baru, sementara yang kedua tidak.

Oleh itu, proses termodinamik boleh dipertimbangkan sama ada fenomena itu adalah fizikal atau kimia. Walau bagaimanapun, kedua-duanya mempunyai perubahan yang sama dalam beberapa sifat molekul atau atom.

Contoh fenomena fizikal

Pemanasan air dalam periuk menyebabkan peningkatan dalam perlanggaran di antara molekulnya, sehingga tekanan wapnya sama dengan tekanan atmosfera, dan kemudian perubahan fasa dari cecair ke gas berlaku. Dengan kata lain: air menguap.

Di sini, molekul air tidak memecahkan sebarang ikatan mereka, tetapi mereka mengalami perubahan tenaga; atau apa yang sama, tenaga dalaman U air diubahsuai.

Apakah pembolehubah termodinamik untuk kes ini? Tekanan atmosfera Pbekas, suhu yang dihasilkan oleh pembakaran gas memasak dan jumlah air.

Tekanan atmosfera adalah malar, tetapi suhu air tidak, kerana ia dipanaskan; atau isipadu, kerana molekulnya berkembang di angkasa. Ini adalah contoh fenomena fizikal dalam proses isobaric; iaitu, sistem termodinamik pada tekanan malar.

Bagaimana jika anda meletakkan air dengan beberapa kacang di dalam periuk tekanan? Dalam kes ini, isipadu tetap berterusan (selagi tekanan tidak dikeluarkan semasa memasak bijirin), tetapi perubahan tekanan dan suhu.

Ini kerana gas yang dihasilkan tidak boleh melarikan diri dan berputar di dinding periuk dan permukaan cecair. Kita bercakap tentang fenomena fizikal lain tetapi dalam proses isochoric.

Contoh fenomena kimia

Telah disebutkan bahawa terdapat pembolehubah termodinamik yang melekat pada faktor mikroskopik, seperti struktur molekul atau atom. Apakah pembolehubah ini? Entalpi (H), entropi (S), tenaga dalaman (U) dan tenaga bebas Gibbs (S).

Pembolehubah intrinsik perkara ini didefinisikan dan dinyatakan dalam istilah pembolehubah termodinamik makroskopik (P, T dan V), menurut model matematik yang dipilih (umumnya model gas ideal). Terima kasih kepada kajian termodinamik ini boleh dibuat kepada fenomena kimia.

Contohnya, kita ingin mengkaji reaksi kimia jenis A + B => C, tetapi tindak balas hanya berlaku pada suhu 70 ° C. Di samping itu, pada suhu melebihi 100 ° C, bukan menghasilkan C, D dihasilkan.

Di bawah keadaan ini, reaktor (pemasangan di mana tindak balas dijalankan) mesti menjamin suhu malar sekitar 70 ° C, jadi prosesnya adalah panas.

Jenis dan contoh proses termodinamik

Proses adiabatik

Mereka adalah mereka yang tidak mempunyai perpindahan bersih antara sistem dan persekitarannya. Ini dalam jangka panjang dijamin oleh sistem terpencil (kotak di dalam gelembung).

Contohnya

Contohnya ialah kalorimetri, yang menentukan jumlah haba yang dikeluarkan atau diserap dari tindak balas kimia (pembakaran, pembubaran, pengoksidaan, dan lain-lain).

Dalam fenomena fizikal adalah pergerakan yang menghasilkan gas panas akibat tekanan yang dikenakan ke atas omboh. Begitu juga, apabila arus udara menekan ke permukaan bumi, suhunya bertambah kerana ia terpaksa berkembang.

Sebaliknya, jika permukaan yang lain adalah gas dan mempunyai ketumpatan yang lebih rendah, suhunya berkurang apabila merasakan tekanan yang lebih tinggi, memaksa zarah-zarahnya memendekkan.

Proses adiabatik sesuai untuk banyak proses perindustrian, di mana kehilangan haba yang lebih rendah menyiratkan prestasi yang lebih rendah yang dicerminkan dalam kos. Untuk menganggapnya sedemikian, aliran haba mesti sifar atau jumlah haba yang memasuki mestilah sama dengan jumlah yang memasuki sistem..

Proses isoterma

Proses isotermal adalah semua yang mana suhu sistem tetap berterusan. Ini dilakukan dengan melakukan kerja, supaya pembolehubah lain (P dan V) bervariasi dengan masa.

Contohnya

Contoh-contoh proses termodinamik ini tidak dapat dikira. Pada dasarnya, banyak aktiviti selular berlaku pada suhu malar (pertukaran ion dan air melalui membran sel). Di dalam tindak balas kimia, kesemua mereka yang menubuhkan equilibria termal dianggap sebagai proses isoterma.

Metabolisme manusia berjaya mengekalkan suhu badan yang tetap (kira-kira 37 ° C) melalui pelbagai reaksi kimia. Ini dicapai kerana tenaga yang diperoleh daripada makanan.

Perubahan fasa juga proses isoterma. Sebagai contoh, apabila cecair membeku ia mengeluarkan haba, menghalang suhu dari berkurang sehingga ia sepenuhnya dalam fasa pepejal. Sekali ini berlaku, suhu boleh terus berkurang, kerana pepejal tidak lagi melepaskan tenaga.

Dalam sistem yang melibatkan gas ideal, perubahan tenaga dalaman U adalah sifar, jadi semua haba digunakan untuk melaksanakan kerja.

Proses Isobaric

Dalam proses ini, tekanan dalam sistem tetap berterusan, berbeza dengan volum dan suhu. Secara umum, ia boleh berlaku dalam sistem yang terbuka kepada atmosfera, atau dalam sistem tertutup yang batasannya boleh berubah bentuk oleh peningkatan jumlah, untuk mengatasi peningkatan tekanan.

Contohnya

Di silinder di dalam enjin, apabila gas dipanaskan, ia menolak omboh, yang mengubah jumlah sistem.

Sekiranya ini tidak berlaku, tekanan akan meningkat, kerana sistem ini tidak dapat mengurangkan perlanggaran spesies gas di dinding silinder..

Proses Isochoric

Dalam proses isochoric jumlahnya tetap berterusan. Ia juga boleh dianggap sebagai sistem yang tidak menghasilkan kerja (W = 0).

Pada dasarnya, mereka adalah fenomena fizikal atau kimia yang dipelajari di dalam bekas, sama ada dengan pergolakan atau tidak.

Contohnya

Contoh-contoh proses ini ialah memasak makanan, penyediaan kopi, penyejuk botol ais krim, penghabluran gula, pembubaran mendakan sedikit larut, kromatografi pertukaran ion, antara lain..

Rujukan

  1. Jones, Andrew Zimmerman. (17 September 2016). Apakah Proses Thermodynamic? Diambil dari: thoughtco.com
  2. J. Wilkes. (2014). Proses termodinamik. [PDF] Diambil dari: courses.washington.edu
  3. Kajian (9 Ogos 2016). Proses termodinamik: Isobaric, Isochoric, Isothermal & Adiabatic. Diambil dari: study.com
  4. Kevin Wandrei (2018). Apa Beberapa Contoh Setiap Hari Hukum Termodinamik Pertama & Kedua? Hearst Seattle Media, LLC. Diambil dari: education.seattlepi.com
  5. Lambert. (2006). Hukum Kedua termodinamik. Diambil dari: entropysite.oxy.edu
  6. 15 Termodinamik. [PDF] Diambil dari: wright.edu