TERMODINAMIKAI VÁLTOZÓK: MI AZOK ÉS MEGOLDOTT GYAKORLATOK - FIZIKAI - 2026

A termodinamikai változók vagy az állapotváltozók azok a makroszkopikus mennyiségek, amelyek a termodinamikai rendszert jellemzik, a legismertebb nyomást, térfogatot, hőmérsékletet és tömeget. Nagyon hasznosak a több bemenettel és kimenettel rendelkező rendszerek leírására. Számos ugyanolyan fontos állapotváltozó létezik, a már említetteken kívül. A kiválasztás a rendszertől és annak bonyolultságától függ.

Az utasokkal vagy autókkal teli repülőgép rendszereknek tekinthető, és ezek változói a tömeg és a hőmérséklet mellett az üzemanyag mennyiségét, a földrajzi elhelyezkedést, a sebességet, a gyorsulást és természetesen még sok másat tartalmazzák.

1. ábra: A repülőgép termodinamikai rendszerként tanulmányozható. Forrás: Pixabay.

Ha oly sok változó definiálható, mikor tekinthető egy változó állapota? Nem számít azoknak, amelyekben a folyamat, amellyel a változó megkapja értékét, nem számít.

Másrészt, amikor az átalakulás jellege befolyásolja a változó végső értékét, akkor már nem tekintjük állapotváltozónak. Fontos példák ezekre a munka és a hő.

A tudás az állapotváltozók lehetővé teszi, hogy fizikailag a rendszert az adott időben t _o. A tapasztalatoknak köszönhetően matematikai modellek készülnek, amelyek leírják azok időbeli fejlődését és előrejelzik az állapotot t> t _o időpontban.

Intenzív, kiterjedt és specifikus változók

Gáz esetében, amelyet gyakran vizsgálnak a termodinamikában, a tömeg a rendszer egyik fő állapota és alapvető változója. Az anyag mennyiségével függ. A nemzetközi rendszerben ez kg-ban van mérve.

A tömeg nagyon fontos egy rendszerben, és a termodinamikai tulajdonságokat annak alapján osztályozzuk, hogy attól függenek-e vagy sem:

-Intenzív: függetlenek a tömegtől és a mérettől, például hőmérséklettől, nyomástól, viszkozitástól és általában azoktól, amelyek megkülönböztetik az egyik rendszert a másiktól.

-Extenzív: azok, amelyek a rendszer méretétől és tömegétől, például súlyától, hosszától és térfogatától függően változnak.

-Specifikus: azok, amelyeket a tömegegységre kiterjedő tulajdonságok kifejezésével nyernek. Közöttük a fajsúly ​​és a fajlagos térfogat.

A változótípusok megkülönböztetése érdekében képzelje el elosztani a rendszert két egyenlő részre: ha a nagyság mindegyikében ugyanaz marad, akkor egy intenzív változó. Ha nem, akkor az érték felére csökken.

-Nyomás, térfogat és hőmérséklet

Hangerő

Ez a rendszer által elfoglalt hely. A térfogati egység a nemzetközi rendszerben a köbméter: m ³. Más széles körben használt egységek közé tartozik a köbcentiméter, a köbméter és az liter.

Nyomás

Ez egy skaláris nagyság, amelyet a testre kifejtett erő merőleges komponense és annak területe közötti hányados ad meg. A nemzetközi rendszerben a nyomás mértéke newton / m ² vagy Pascal (Pa).

A Pascal mellett a nyomásnak számos egysége van, amelyeket a terület szerint használnak. Ide tartoznak a psi, az atmoszféra (atm), a rúd és a higany milliméterei (Hgmm).

Hőfok

Mikroszkópos szintű értelmezése során a hőmérséklet a vizsgált gázt alkotó molekulák kinetikus energiájának mértéke. És makroszkopikus szinten jelzi a hőáram irányát, amikor két rendszert érintkeztetnek.

A Nemzetközi Rendszer hőmérsékleti egysége Kelvin (K), és ott vannak Celsius (ºC) és Fahrenheit (ºF) skálák.

Megoldott gyakorlatok

Ebben a szakaszban az egyenleteket kell használni a változók értékeinek meghatározására, amikor a rendszer egy adott helyzetben van. Az állam egyenleteiről szól.

Az állapot-egyenlet egy matematikai modell, amely felhasználja az állapotváltozókat és modellezi a rendszer viselkedését. A vizsgálat tárgya egy ideális gáz, amely olyan molekulákból áll, amelyek szabadon mozognak, de egymással kölcsönhatásba lépnek.

Az ideális gázok állapotának javasolt egyenlete:

Ahol P a nyomás, V a térfogat, N a molekulák száma és k a Boltzmann-állandó.

-1. Feladat

Felfújta autója gumiabroncsait a gyártó által javasolt 3,21 × 10 ⁵ Pa nyomásig, olyan helyen, ahol a hőmérséklet –5,00 ° C volt, de most a tengerpartra akarsz menni, ahol 28 ° C. A hőmérséklet emelkedésével a gumiabroncs térfogata 3% -kal nőtt.

2. ábra. Ha a hőmérséklet -5 ° C-ról 28 ° C-ra emelkedik, akkor a gumiabroncsok levegője kibővül, és ha nincs veszteség. a nyomás növekszik. Forrás: Pixabay.

Keresse meg a gumiabroncsban a végső nyomást, és jelölje meg, ha az meghaladta-e a gyártó által megadott tűréshatárt, amely nem haladhatja meg az ajánlott nyomás 10% -át.

Megoldás

Az ideális gázmodell rendelkezésre áll, ezért feltételezzük, hogy a gumiabroncsok levegője megfelel az adott egyenletnek. Azt is feltételezi, hogy nincs légszivárgás a gumiabroncsokban, tehát a molok száma állandó:

Az a feltétel, hogy a végleges mennyiség 3% -kal nőtt, beletartozik:

Az ismert adatokat helyettesítjük, és a végső nyomást megtisztítjuk. Fontos: a hőmérsékletet Kelvinben kell kifejezni: T (K) = T (° C) + 273,15

A gyártó jelezte, hogy a tűrés 10%, ezért a nyomás maximális értéke:

Biztonságosan eljuthat a tengerpartra, legalább az abroncsok vonatkozásában, mivel nem lépte túl a meghatározott nyomáshatárt.

2. gyakorlat

Az ideális gáz térfogata 30 liter 27 ° C hőmérsékleten és 2 atm nyomáson. A nyomást állandó értéken tartva keresse meg annak térfogatát, ha a hőmérséklet -13 ºC-on megy át.

Megoldás

Ez egy állandó nyomásos folyamat (izobár folyamat). Ebben az esetben az ideális gázállapot az alábbiakra egyszerűsödik:

Ezt az eredményt Charles törvényének nevezik. A rendelkezésre álló adatok a következők:

Megoldás és helyettesítés:

Irodalom

1. Borgnakke. 2009. A termodinamika alapjai. 7 ^th Edition. Wiley és fiai. 13-47.
2. Cengel, Y. 2012. Termodinamika. 7 ^ma Edition. McGraw Hill. 2-6.
3. A termodinamikai rendszerek alapvető fogalmai. Helyreállítva: szövegektudományi.com.
4. Engel, T. 2007. Bevezetés a fizikokémiaba: Termodinamika. Pearson. 1-9.
5. Nag, PK 2002. Alapvető és alkalmazott termodinamika. Tata McGraw Hill. 1-4.
6. Navojoa Egyetem. Alapvető fizikokémia. Helyreállítva: fqb-unav.forosactivos.net