пз1 физика. Практическое задание по дисциплине
 Скачать 33.82 Kb.
|
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ ___ по дисциплине «_________» _____________________________________________________ (тема практического задания)
Москва Введение Термодинамика связана с идеями тепла и температуры, а также обмена теплом и другими формами энергии. Отрасль науки, известная как термодинамика, связана с изучением различных видов энергии и ее взаимопревращением. Поведение этих величин регулируется тремя основными законами термодинамики, которые дают количественное описание. Слово термодинамика было придумано Уильямом Томсоном в 1749 году. В следующем разделе рассматриваются некоторые из наиболее часто используемых термодинамических терминологий. Итак, что такое термодинамика? Термодинамика — это область науки, которая исследует связи между теплом, работой и температурой, а также их взаимодействие с энергией, излучением и физическими свойствами материи. Термодинамика, в самом широком смысле, связана с передачей энергии из одного места в другое и из одной формы в другую. Тепло – это вид энергии, который соответствует определенному количеству механической работы, что является ключевым понятием. В нем обсуждается, как тепловая энергия преобразуется в другие формы энергии или из них, а также как этот процесс влияет на материю. Энергия, полученная из тепла, известна как тепловая энергия. Движение микроскопических частиц внутри объекта генерирует тепло, и чем быстрее эти частицы движутся, тем больше тепла производится. Термодинамика не заботится о скорости, с которой происходят эти преобразования энергии. Он основан на изменении, происходящем в начальном и конечном состояниях. Стоит также отметить, что термодинамика является макроскопической областью исследования. Это означает, что он связан с объемной системой, а не с молекулярной структурой материи. Основные понятия термодинамики Термодинамика имеет свой собственный набор терминов, связанных с ней. Глубокое понимание фундаментальных идей обеспечивает глубокое понимание многочисленных тем, охватываемых термодинамикой, избегая каких-либо недоразумений. Термодинамические концепции рассматриваются ниже. Система Система относится к определенной части Вселенной, которая наблюдается. Термодинамическая система — это часть материи с определенной границей, на которой мы концентрируем наше внимание. Граница системы может быть реальной или воображаемой, и она может быть фиксированной или подвижной. Физические качества и химический состав считаются однородными, если они согласованы во всей системе. Система, с другой стороны, считается неоднородной, если она состоит из частей с различными физическими и химическими свойствами. В зависимости от того, как материя и энергия перемещаются в систему и из нее, их можно разделить на три категории. Существует три различных типа систем. Открытая система — это та, которая может обмениваться материей, а также энергией с окружающей средой. В результате масса и энергия могут передаваться между системой и ее окружением в открытой системе. Поскольку он получает и теряет материю, а также энергию, горячий кофе в открытой колбе является примером открытой системы. Открытая система — это, например, паровая турбина. Замкнутая система обменивается энергией, но не обменивается материей со своим окружением. Передача энергии происходит через границу замкнутой системы, а перенос массы — нет. Закрытые системы включают в себя холодильники и сжатие газа в поршневых цилиндрических узлах. Кофе в нержавеющей колбе также является примером закрытой системы, потому что энергия, но не материя, может течь через стенки стеллажа. Изолированная система - изолированная система - это та, которая не может обмениваться материей или энергией со своим окружением. Не существует такого понятия, как система, которая полностью изолирована. Изолированная система, с другой стороны, полностью герметизирована для предотвращения забора или оттока вещества и теплоизолирована для предотвращения теплового потока. Вселенная считается самодостаточной. Поскольку он не может получать или терять энергию или материю, горячий кофе в закупоренной термосовой колбе является примером изолированной системы. Окружающий Оставшаяся часть Вселенной, которая не является частью системы, известна как окружающая. Термин «окружающий» относится ко всему вне системы, что оказывает непосредственное влияние на поведение системы. Другими словами, все, что находится за пределами системы, включено в окружение. Вместе система и ее окружение составляют Вселенную. Изменения в системе, с другой стороны, не влияют на всю Вселенную. В результате окружение является той частью оставшейся Вселенной, которая может взаимодействовать с системой для всех практических целей. В общем, окружение определяется как область пространства в его близком окружении. Различные отрасли термодинамики Ниже приведены четыре ветви термодинамики. Классическая термодинамика — поведение материи изучается с использованием макроскопического подхода в классической термодинамике. Люди рассматривают такие единицы, как температура и давление, что помогает в расчете других свойств и прогнозировании характеристик вещества, подвергающегося процессу. Каждая молекула находится в центре внимания в статистической термодинамике, что означает, что свойства каждой молекулы и то, как они взаимодействуют, учитываются для характеристики поведения группы молекул. Химическая термодинамика — изучение того, как работа и тепло взаимодействуют в химических реакциях и переходах состояний, известно как химическая термодинамика. Равновесная термодинамика - Равновесная термодинамика - это изучение переходов энергии и материи по мере их приближения к равновесию. Термодинамические свойства Термодинамика связана с массивными химическими объектами, такими как атомы или молекулы. Макроскопические свойства системы — это те, которые проистекают из объемного поведения материи. Термодинамические свойства определяются как характеристики системы, которые могут быть использованы для определения состояния системы. Термодинамические свойства подразделяются на две категории, как показано ниже. Экстенсивные свойства — это свойства системы, значение которых зависит от количества или размера материала, присутствующего в системе. Значение экстенсивных характеристик зависит от массы системы. Внутренняя энергия, энтропия, свободная энергия и энтальпия — это лишь некоторые из многих свойств. Интенсивная недвижимость- Интенсивные свойства - это свойства системы, значение которых не зависит от количества или размера вещества, присутствующего в системе. Свойства интенсивного вещества - это те, которые не зависят от количества присутствующего вещества. Давление пара, давление, вязкость, поверхностное натяжение и температура — это лишь некоторые из многих интенсивных свойств. Термодинамическое равновесие Все свойства системы имеют фиксированные значения в любом заданном состоянии. В результате, даже если значение одного свойства изменяется, состояние системы меняется. Пока система находится в равновесии, величина ее свойств не изменяется, когда она изолирована от своего окружения. Тепловое равновесие — говорят, что система находится в тепловом равновесии, когда температура одинакова во всей системе. Говорят, что система находится в механическом равновесии, когда нет изменения давления в любой точке системы. Химическое равновесие определяется как система, в которой химический состав системы не изменяется с течением времени. Фазовое равновесие — когда масса каждой фазы двухфазной системы достигает равновесного уровня, это называется фазовым равновесием. Если термодинамическая система находится в химическом равновесии, механическом равновесии и тепловом равновесии, и соответствующие параметры перестают изменяться со временем, то говорят, что она находится в термодинамическом равновесии. Термодинамический процесс Процесс может изменить состояние термодинамической системы. Другими словами, процесс определяет путь или процедуру, по которой система переходит из одного состояния в другое. Процесс может сопровождаться материальным и энергетическим обменом между системой и окружающей средой. Когда в системе происходит энергетический сдвиг, связанный с изменениями давления, объема и внутренней энергии, это называется термодинамическим процессом. Некоторые типичные формы термодинамических процессов имеют свой набор характеристик, которые перечислены ниже. Изотермический процесс- Процесс, при котором нет изменения температуры, т.е. температура системы остается постоянной. Тепло либо подается в систему, либо удаляется из нее в такой системе. Адиабатический процесс — когда система не обменивается теплом с окружающей средой, тепло не покидает и не попадает в систему. Во время этого процесса нет передачи тепла в систему или из нее. Температура системы постоянно меняется в таком процессе. Системы, в которых происходит такая деятельность, термически изолированы от остального окружения. Изобарический процесс – процесс, при котором давление в системе остается постоянным, т.е. не происходит изменения давления. Изохорный процесс – процесс, в котором объем системы остается постоянным, т.е. нет изменения объема и система не выполняет работу. Обратимый процесс- Обратимый процесс - это процесс, в котором направление потока может быть изменено в любой точке процесса путем незначительного изменения переменной, такой как температура или давление. На протяжении всего этого процесса система поддерживает виртуальное состояние равновесия с окружающей средой в любое время. Необратимый процесс- Процесс, который не может быть обращен вспять, известен как необратимый. Противоположная сила – это не то же самое, что движущая сила. Природные процессы необратимы. Циклический процесс- Циклический процесс — это процесс, в котором система проходит через последовательность модификаций, прежде чем вернуться к своему первоначальному состоянию. Законы термодинамики Термодинамические законы определяют основные физические качества, которые характеризуют термодинамические системы в тепловом равновесии, такие как энергия, температура и энтропия. Законы термодинамики описывают, как эти величины реагируют в различных ситуациях. Термодинамика регулируется четырьмя законами, которые описаны ниже. Нулевой закон термодинамики- Согласно нулевому закону термодинамики, если два тела находятся отдельно в тепловом равновесии с третьим телом, то первые два тела также находятся в тепловом равновесии друг с другом. Это указывает на то, что если система А находится в тепловом равновесии с системой В, а система С также находится в тепловом равновесии с системой В, то обе системы А и С находятся в тепловом равновесии. Первый закон термодинамики- Энергия не может быть сгенерирована или уничтожена, согласно первому закону термодинамики, но она может быть преобразована из одной формы в другую. Тепло, внутренняя энергия и работа рассматриваются первым законом термодинамики. Энергия не может быть сгенерирована или уничтожена, согласно первому закону термодинамики, но она может быть преобразована из одной формы в другую. Согласно этому закону, часть тепла, предоставляемого системе, используется для изменения внутренней энергии, а оставшаяся часть используется для выполнения работ. Математически это может быть выражено как ΔQ=ΔU+W где Тепло, данное или потерянное, обозначается ΔQ. Изменение внутренней энергии обозначается ΔU. W означает выполненную работу. Приведенное выше уравнение можно в качестве альтернативы записать следующим образом: ΔU=ΔQ−W В результате приведенного выше уравнения мы можем сделать вывод, что величина (ΔQ – W) не зависит от пути, выбранного для изменения состояния. Кроме того, когда тепло подается на систему, внутренняя энергия имеет тенденцию повышаться, и наоборот. Второй закон термодинамики- В изолированной системе второй закон термодинамики утверждает, что энтропия всегда увеличивается. Любая изолированная система спонтанно прогрессирует к тепловому равновесию или состоянию максимальной энтропии. Энтропия Вселенной постоянно увеличивается и никогда не уменьшается. Третий закон термодинамики- Третий закон термодинамики гласит, что когда температура приближается к абсолютному нулю, энтропия системы приближается к постоянному значению. При абсолютно нулевой температуре энтропия чистого кристаллического твердого тела равна нулю. Если совершенный кристалл имеет только одно состояние с минимальной Все термодинамические величины можно подразделить на две группы — функции состояния и функции процесса. Величина функции состояния однозначно определяется параметрами данного состояния. Следовательно, для определения изменения функции состояния в каком-либо процессе необходимо знать лишь значения этой функции в начале и в конце этого процесса. Примерами функций состояния могут служить удельный объем, энтропия, энтальпия и т. д. Что же касается величин, являющихся функциями процесса, то они являются характеристиками процесса их значение в данном состоянии зависит не только от параметров этого состояния, но и от того, по какому пути (т. е. в каком процессе) система достигла данного состояния. Примерами функций процесса являются работа, совершаемая системой при переходе из одного состояния в другое, и теплота. Характерным свойством функций состояния является то, что их дифференциал является полным. |
