TERMODINAMIČKE VARIJABLE: ŠTO JESU I RJEŠAVAJU VJEŽBE - FIZIČKA - 2024

U termodinamičke varijable ili varijable stanja su oni makroskopski količine karakteriziraju termodinamičkog sustava, najviše poznati tlak, volumen, temperaturu i masu. Vrlo su korisni u opisivanju sustava s višestrukim ulazima i izlazima. Osim već spomenutih, podjednako su važne varijable stanja. Odabrani izbor ovisi o sustavu i njegovoj složenosti.

Zrakoplov pun putnika ili automobila mogu se smatrati sustavima, a njihove varijable uključuju, osim mase i temperature, količinu goriva, zemljopisni položaj, brzinu, ubrzanje i, naravno, još mnogo toga.

Slika 1. Zrakoplov se može proučavati kao termodinamički sustav. Izvor: Pixabay.

Ako se može definirati toliko varijabli, kada se varijabla smatra stanjem? Oni u kojima postupak kojim varijabla dobija svoju vrijednost nisu važni, smatraju se takvima.

S druge strane, kada priroda transformacije utječe na konačnu vrijednost varijable, više se ne smatra varijablom stanja. Važni primjeri toga su rad i toplina.

Znanje varijabli stanja omogućuje fizički opisati sustav u određenom trenutku t _o. Zahvaljujući iskustvu, stvoreni su matematički modeli koji opisuju njihovu evoluciju tijekom vremena i predviđaju stanje u trenutku t> t _o.

Intenzivne, opsežne i specifične varijable

U slučaju plina, koji je sustav koji se često proučava u termodinamici, masa je jedna od glavnih stanja i temeljnih varijabli bilo kojeg sustava. Povezana je s količinom tvari koju sadrži. U Međunarodnom sustavu mjeri se u kg.

Masa je vrlo važna u sustavu i termodinamička svojstva su klasificirana prema tome ovise li o tome:

-Intenzivno: neovisni su o masi i veličini, na primjer, temperaturi, tlaku, viskoznosti i općenito o onima koji razlikuju jedan sustav od drugog.

-Dodatni: oni koji se razlikuju u veličini sustava i njegovoj masi, kao što su težina, dužina i volumen.

-Specifične: one dobivene izražavanjem opsežnih svojstava po jedinici mase. Među njima su specifična težina i specifičan volumen.

Da biste razlikovali vrste varijabli, zamislite da sustav podijelite na dva jednaka dijela: ako veličina ostane ista u svakom, to je intenzivna varijabla. Ako nije, vrijednost se smanjuje na pola.

-Planak, volumen i temperatura

Volumen

To je prostor koji zauzima sustav. Jedinica volumena u Međunarodnom sustavu je kubni metar: m ³. Ostale široko korištene jedinice uključuju kubične inče, kubične noge i litru.

Pritisak

To je skalarna veličina koju daje kvocijent između okomite komponente sile koja se primjenjuje na tijelo i njegovog područja. Jedinica tlaka u međunarodnom sustavu je newton / m ² ili Pascal (Pa).

Osim Pascala, tlak ima i brojne jedinice koje se koriste prema području. Oni uključuju psi, atmosferu (atm), šipke i milimetre žive (mmHg).

Temperatura

U svojoj interpretaciji na mikroskopskoj razini temperatura je mjera kinetičke energije molekula koje čine ispitivani plin. A na makroskopskoj razini označava smjer toplinskog toka kada se dva sustava dovode u kontakt.

Jedinica temperature u međunarodnom sustavu je Kelvin (K), a postoje i Celzijeva (ºC) i Fahrenheitova (ºF) ljestvica.

Riješene vježbe

U ovom će se odjeljku koristiti jednačine za dobivanje vrijednosti varijabli kada je sustav u određenoj situaciji. Radi se o jednadžbama stanja.

Jednadžba stanja je matematički model koji koristi varijable stanja i modelira ponašanje sustava. Kao predmet proučavanja predlaže se idealni plin koji se sastoji od skupa molekula koje se mogu slobodno kretati, ali bez međusobne interakcije.

Predložena jednadžba stanja idealnih plinova je:

Gdje je P tlak, V volumen, N je broj molekula, a k je Boltzmannova konstanta.

-Vježba 1

Napuhali ste gume vašeg automobila do preporučenog pritiska od 3,21 × 10 ⁵ Pa, na mjestu gdje je temperatura bila –5,00 ° C, ali sada želite ići na plažu, gdje je 28 ° C. S porastom temperature, volumen gume povećao se za 3%.

Slika 2. Kada temperatura poraste s -5ºC na 28ºC, zrak u gumama se širi i ako nema gubitaka. pritisak se povećava. Izvor: Pixabay.

Pronađite krajnji tlak u gumi i naznačite je li premašio toleranciju koju je dao proizvođač, a koja ne smije biti veća od 10% preporučenog tlaka.

Riješenje

Dostupan je idealni model plina, pa će se pretpostaviti da će zrak u gumama slijediti zadanu jednadžbu. Također će se pretpostaviti da u gumama nema curenja zraka, pa je broj molova konstantan:

Uvjet da se konačni volumen povećao za 3% uključuje:

Poznati podaci se supstituiraju i očisti se konačni tlak. Važno: temperatura mora biti izražena u Kelvinima: T (K) = T (° C) + 273,15

Proizvođač je naznačio da je tolerancija 10%, stoga je maksimalna vrijednost tlaka:

Možete sigurno putovati na plažu, barem što se guma tiče, jer niste prekoračili utvrđenu granicu pritiska.

Vježba 2

Idealan plin ima volumen od 30 litara pri temperaturi od 27 ° C i tlaku 2 atm. Držeći konstantni tlak, pronađite njegov volumen kada temperatura prijeđe -13 ºC.

Riješenje

To je proces s konstantnim tlakom (izobarni proces). U tom slučaju, jednadžba idealnog plina stanja pojednostavljuje na:

Taj je rezultat poznat kao Charlesov zakon. Dostupni podaci su:

Rješavanje i zamjena:

Reference

1. Borgnakke. 2009. Osnove termodinamike. 7. ^th Edition. Wiley i sinovi. 13-47.
2. Cengel, Y. 2012. Termodinamika. 7 ^ma izdanje. McGraw Hill. 2-6.
3. Temeljni pojmovi termodinamičkih sustava. Oporavilo od: Teksturaznaos.com.
4. Engel, T. 2007. Uvod u fizikohemiju: Termodinamika. Pearson. 1-9.
5. Nag, PK 2002. Osnovna i primijenjena termodinamika. Tata McGraw Hill. 1-4.
6. Sveučilište Navojoa. Osnovna fizikahemija. Oporavak od: fqb-unav.forosactivos.net