Nó là thuật ngữ được sử dụng để bao gồm một loạt các nghiên cứu và thí nghiệm được thực hiện theo các định luật vật lý, phân tích chi tiết sự cân bằng của các nguyên tố trên mặt đất, cũng như cách nhiệt và năng lượng ảnh hưởng đến sự sống trên hành tinh và vật liệu tạo nên nó. Từ đó, người ta đã có thể tạo ra các loại máy móc khác nhau hỗ trợ trong các quy trình công nghiệp. Từ này xuất phát từ tiếng Hy Lạp θερμο và δύναμις, có nghĩa là "nhiệt" và "nhiệt.
Nhiệt động lực học là gì
Mục lục
Định nghĩa của nhiệt động lực học chỉ ra rằng nó là khoa học giải quyết cụ thể các quy luật chi phối sự biến đổi nhiệt năng thành cơ năng và ngược lại. Nó dựa trên ba nguyên tắc cơ bản và có ý nghĩa triết học rõ ràng và cũng cho phép hình thành các khái niệm nằm trong số những khái niệm sâu rộng nhất trong vật lý.
Trong phạm vi này, các phương pháp khác nhau để khảo sát và đánh giá các đối tượng cần thiết được sử dụng, chẳng hạn như cường độ rộng và không rộng. Phương pháp mở rộng nghiên cứu nội năng, thành phần phân tử hoặc thể tích và phương pháp thứ hai nghiên cứu áp suất., nhiệt độ và tiềm năng hóa học; mặc dù vậy, các cường độ khác được sử dụng để phân tích chính xác.
Nhiệt động lực học nghiên cứu những gì
Nhiệt động lực học nghiên cứu sự trao đổi nhiệt năng giữa các hệ và các hiện tượng cơ học và hóa học mà sự trao đổi đó bao hàm. Cụ thể, ông phụ trách nghiên cứu các hiện tượng trong đó có sự biến đổi cơ năng thành nhiệt năng hoặc ngược lại, các hiện tượng được gọi là sự biến đổi nhiệt động lực học.
Nó được coi là một khoa học hiện tượng học, vì nó tập trung vào các nghiên cứu vĩ mô của các đối tượng và những người khác. Tương tự, nó sử dụng các khoa học khác để có thể giải thích các hiện tượng mà nó tìm cách xác định trong các đối tượng phân tích của nó, chẳng hạn như cơ học thống kê. Các hệ thống nhiệt động lực học sử dụng một số phương trình giúp trộn các đặc tính của chúng.
Trong số các nguyên tắc cơ bản của nó, có thể thấy rằng năng lượng, có thể được truyền từ cơ thể này sang cơ thể khác, thông qua nhiệt. Nó được áp dụng cho nhiều lĩnh vực nghiên cứu như kỹ thuật, cũng như hợp tác phát triển động cơ, nghiên cứu sự thay đổi pha, phản ứng hóa học và lỗ đen.
Hệ thống nhiệt động lực học là gì
Vật thể, hay tập hợp các vật thể, nơi diễn ra sự biến đổi nhiệt động học được gọi là hệ nhiệt động lực học. Việc nghiên cứu một hệ thống được thực hiện bắt đầu từ trạng thái, tức là từ các điều kiện vật chất của nó tại một thời điểm nhất định. Ở cấp độ vi mô, trạng thái nói trên có thể được mô tả bằng các phương tiện tọa độ hoặc các biến nhiệt, chẳng hạn như khối lượng, áp suất, nhiệt độ, v.v., hoàn toàn có thể đo được, nhưng ở cấp độ vi mô, các phần nhỏ (phân tử, nguyên tử) cấu thành hệ thống và xác định tập hợp các vị trí và tốc độ của các hạt này phụ thuộc vào các đặc tính vi mô cuối cùng.
Ngoài ra, hệ thống nhiệt động lực học là một vùng không gian là đối tượng của nghiên cứu đang được thực hiện và được giới hạn bởi một bề mặt có thể là thực hoặc tưởng tượng. Vùng bên ngoài hệ thống tương tác với nó được gọi là môi trường hệ thống. Hệ thống nhiệt động lực học tương tác với môi trường của nó thông qua sự trao đổi vật chất và năng lượng.
Bề mặt ngăn cách hệ thống với phần còn lại của bối cảnh được gọi là bức tường, và theo đặc điểm của nó, chúng được phân thành ba loại đó là:
Hệ thống nhiệt động lực học mở
Nó là sự trao đổi giữa năng lượng và vật chất.
Hệ thống nhiệt động khép kín
Nó không trao đổi vật chất, nhưng nó trao đổi năng lượng.
Hệ thống nhiệt động lực học biệt lập
Nó không trao đổi vật chất hoặc năng lượng.
Nguyên lý nhiệt động lực học
Nhiệt động lực học có những nguyên tắc cơ bản nhất định xác định các đại lượng vật lý cơ bản đại diện cho các hệ thống nhiệt động lực học. Những nguyên tắc này giải thích hành vi của họ như thế nào trong những điều kiện nhất định và ngăn chặn sự xuất hiện của một số hiện tượng.
Người ta nói rằng một vật ở trạng thái cân bằng nhiệt khi nhiệt lượng mà nó nhận và tỏa ra bằng nhau. Trong trường hợp này, nhiệt độ của tất cả các điểm của nó là và không đổi. Một trường hợp nghịch lý của cân bằng nhiệt là một bàn là phơi nắng.
Nhiệt độ của cơ thể này, một khi đạt đến trạng thái cân bằng, vẫn cao hơn nhiệt độ của môi trường bởi vì sự đóng góp liên tục của năng lượng mặt trời được bù đắp bởi năng lượng mà cơ thể bức xạ và mất đi nhờ dẫn truyền và đối lưu.
Các nguyên tắc zero của nhiệt động lực học hoặc zero luật của nhiệt động lực xuất hiện khi hai cơ quan tiếp xúc là ở nhiệt độ tương tự sau khi đạt trạng thái cân bằng nhiệt. Có thể hiểu một cách dễ dàng rằng cơ thể lạnh nhất ấm lên và cơ thể ấm hơn lạnh đi, và do đó dòng nhiệt thực giữa chúng giảm khi chênh lệch nhiệt độ của chúng giảm.
"> Đang tải…Định luật đầu tiên của nhiệt động lực học
Nguyên lý đầu tiên của nhiệt động lực học là nguyên lý bảo toàn năng lượng (đúng và phù hợp với thuyết tương đối của vật chất-năng lượng) mà theo đó nó không được tạo ra cũng không bị phá hủy, mặc dù nó có thể được biến đổi theo một cách nhất định. sang cái khác.
Sự tổng quát của nguyên lý năng lượng cho phép chúng ta khẳng định rằng sự biến thiên của nội lực của một hệ là tổng của công được thực hiện và chuyển giao, một phát biểu hợp lý từ khi nó được thiết lập rằng công và nhiệt là cách truyền năng lượng và nó không phải tạo hoặc phá hủy.
Nội năng của một hệ được hiểu là tổng các năng lượng khác nhau và của tất cả các phần tử tạo nên nó, chẳng hạn như: động năng chuyển dịch, chuyển động quay và dao động, năng lượng liên kết, liên kết, v.v.
Nguyên tắc đầu tiên đôi khi được phát biểu là sự không thể tồn tại của thiết bị di động vĩnh viễn thuộc loại thứ nhất, nghĩa là khả năng tạo ra công việc mà không tiêu tốn năng lượng theo bất kỳ cách nào mà nó thể hiện.
Nguyên lý thứ hai của nhiệt động lực học
Nguyên lý thứ hai này đề cập đến tính không thể đảo ngược của các sự kiện vật lý, đặc biệt là tại thời điểm truyền nhiệt.
Một số lượng lớn các dữ kiện thực nghiệm cho thấy rằng các phép biến đổi xảy ra một cách tự nhiên có một ý nghĩa nhất định, mà không bao giờ được quan sát thấy, nó được thực hiện một cách tự phát theo hướng ngược lại.
Nguyên lý thứ hai của nhiệt động lực học là sự khái quát hóa những gì kinh nghiệm dạy về cảm giác xảy ra các phép biến đổi tự phát. Nó hỗ trợ các công thức khác nhau thực sự tương đương. Lord Kelvin, nhà vật lý và toán học người Anh, đã phát biểu điều đó trong những thuật ngữ này vào năm 1851 "Không thể thực hiện phép biến đổi mà kết quả duy nhất của nó là chuyển đổi thành công của nhiệt chiết xuất từ một nguồn duy nhất có nhiệt độ đồng nhất"
Đây là một trong những định luật quan trọng nhất của nhiệt động lực học trong vật lý; Mặc dù chúng có thể được xây dựng theo nhiều cách, nhưng tất cả đều dẫn đến việc giải thích khái niệm bất khả nghịch và entropy. Nhà vật lý và toán học người Đức, Rudolf Clausius đã thiết lập một bất đẳng thức có liên quan giữa nhiệt độ của một số nguồn nhiệt tùy ý và lượng nhiệt do chúng hấp thụ, khi một chất trải qua bất kỳ quá trình tuần hoàn nào, thuận nghịch hoặc không thuận nghịch, trao đổi nhiệt với các nguồn.
Trong Nhà máy Thủy điện, năng lượng điện được sản xuất từ thế năng của nước bị đập. Công suất này được biến đổi thành động năng khi nước đi xuống qua các đường ống và một phần nhỏ của động năng này được biến đổi thành động năng quay của tuabin, trục có trục tích hợp với trục của cuộn cảm của máy phát điện để tạo ra lực điện.
Nguyên lý đầu tiên của nhiệt động lực học cho phép chúng ta đảm bảo rằng trong sự thay đổi từ dạng năng lượng này sang dạng năng lượng khác không có sự tăng hay giảm của công suất ban đầu, nguyên lý thứ hai cho chúng ta biết rằng một phần năng lượng đó sẽ được đốt cháy dưới dạng nhiệt.
Nguyên lý thứ ba của nhiệt động lực học
Định luật thứ ba được phát triển bởi nhà hóa học Walther Nernst trong những năm 1906-1912, đó là lý do tại sao nó thường được gọi là định lý Nernst hoặc định đề Nernst. Nguyên lý thứ ba của nhiệt động lực học nói rằng entropy của một hệ không tuyệt đối là một hằng số xác định. Điều này là do có một hệ thống nhiệt độ bằng không ở trạng thái cơ bản của nó, vì vậy entropi của nó được xác định bởi sự thoái hóa của trạng thái cơ bản. Năm 1912, Nernst đã thiết lập định luật do đó: "Không thể bằng bất kỳ thủ tục nào để đạt được đẳng nhiệt T = 0 trong một số bước hữu hạn"
Các quá trình nhiệt động lực học
Trong khái niệm của nhiệt động lực học, các quá trình là những thay đổi diễn ra trong một hệ thống và đưa nó từ trạng thái cân bằng ban đầu đến trạng thái cân bằng cuối cùng. Chúng được phân loại theo biến số được giữ cố định trong suốt quá trình.
Một quá trình có thể xảy ra từ khi đá tan chảy, cho đến khi hỗn hợp nhiên liệu-không khí bốc cháy để thực hiện chuyển động của các pít-tông trong động cơ đốt trong.
Có ba điều kiện có thể thay đổi trong hệ thống nhiệt động lực học: nhiệt độ, thể tích và áp suất. Các quá trình nhiệt động học được nghiên cứu trong chất khí, vì chất lỏng là không thể nén được và sự thay đổi thể tích không xảy ra. Ngoài ra, do nhiệt độ cao, chất lỏng biến thành chất khí. Đối với chất rắn, các nghiên cứu nhiệt động lực học không được thực hiện vì chúng không thể nén được và không có công cơ học trên chúng.
Các loại quá trình nhiệt động lực học
Các quá trình này được phân loại theo cách tiếp cận của chúng, để giữ cho một trong các biến không đổi, nhiệt độ, áp suất hoặc thể tích. Ngoài ra, các tiêu chí khác cũng được áp dụng như trao đổi năng lượng và sửa đổi tất cả các biến của nó.
Quá trình đẳng nhiệt
Quá trình đẳng nhiệt là tất cả những quá trình mà nhiệt độ của hệ không đổi. Điều này được thực hiện bằng cách làm việc, do đó các biến khác (P và V) thay đổi theo thời gian.
Quá trình Isobaric
Quá trình đẳng tích là quá trình trong đó áp suất không đổi. Sự thay đổi nhiệt độ và thể tích sẽ xác định sự phát triển của nó. Thể tích có thể thay đổi tùy ý khi nhiệt độ thay đổi.
Quy trình đẳng tích
Trong quá trình đẳng tích, thể tích không đổi. Nó cũng có thể được coi là những hệ thống không tạo ra bất kỳ công việc nào (W = 0).
Về cơ bản, chúng là các hiện tượng vật lý hoặc hóa học được nghiên cứu bên trong bất kỳ vật chứa nào, cho dù có kích động hay không.
Quá trình nhiệt
Quá trình đoạn nhiệt là quá trình nhiệt động trong đó không có sự trao đổi nhiệt từ hệ ra bên ngoài hoặc theo chiều ngược lại. Ví dụ về loại quy trình này là quy trình có thể được thực hiện trong phích đựng đồ uống.
"> Đang tải…Ví dụ về các quá trình nhiệt động lực học
- Ví dụ về quá trình đẳng tích: Thể tích của chất khí được giữ không đổi. Khi bất kỳ loại thay đổi nhiệt độ nào xảy ra, nó sẽ kèm theo sự thay đổi áp suất. Như trường hợp hơi nước trong nồi áp suất, nó làm tăng áp suất khi nóng lên.
- Ví dụ về quá trình đẳng nhiệt: Nhiệt độ khí được giữ không đổi. Khi khối lượng tăng áp suất giảm. Ví dụ, một quả bóng bay trong máy tạo chân không sẽ tăng thể tích khi chân không được tạo ra.
- Liên quan đến quá trình đoạn nhiệt: ví dụ, sự nén của pít-tông trong máy bơm lốp xe đạp, hoặc sự giải nén nhanh chóng của pít-tông của một ống tiêm, trước đó đã nén nó bằng lỗ thoát được cắm.
