Kelas dan aplikasi keseimbangan termodinamik

Dia Keseimbangan termodinamik Dari sistem terpencil ia ditakrifkan sebagai keadaan keseimbangan di mana pembolehubah yang mencirikannya dan yang boleh diukur atau dikira tidak mengalami perubahan, kerana kerana keadaan pengasingan mereka tidak ada daya luaran yang cenderung mengubah keadaan itu.

Kedua -dua sistem dan kelas keseimbangan yang perlu dipertimbangkan adalah sangat pelbagai. Sistem boleh menjadi sel, minuman berais, pesawat yang penuh dengan penumpang, seseorang atau jentera, untuk menyebut hanya beberapa contoh. Mereka juga boleh diasingkan, ditutup atau terbuka, bergantung kepada sama ada mereka boleh menukar tenaga dan masalah dengan persekitaran mereka.

Komponen koktel berada dalam keseimbangan terma. Sumber: Pexels.

A sistem terpencil Ia tidak berinteraksi dengan alam sekitar, tidak ada yang memasuki atau meninggalkannya. A Sistem ditutup Ia boleh bertukar tenaga tetapi tidak penting dengan persekitaran sekitar. Akhirnya, sistem terbuka bebas untuk melaksanakan pertukaran dengan persekitaran.

Nah, sistem terpencil yang dibenarkan untuk mengembangkan masa yang mencukupi, secara spontan cenderung kepada keseimbangan termodinamik di mana pembolehubahnya akan mengekalkan nilainya selama -lamanya. Dan dalam hal sistem terbuka, nilai -nilainya mestilah sama seperti yang ada di alam sekitar.

Ini akan dicapai apabila semua keadaan keseimbangan yang dikenakan oleh setiap jenis khususnya berpuas hati.

[TOC]

Kelas keseimbangan

Keseimbangan haba

Kelas keseimbangan asas adalah keseimbangan haba, yang terdapat dalam banyak situasi sehari -hari, seperti secawan kopi panas dan sudu teh dengan gula yang diaduk.

Sistem sedemikian secara spontan cenderung memperoleh suhu yang sama selepas masa tertentu, selepas itu baki tiba kerana semua bahagian berada pada suhu yang sama.

Walaupun itu berlaku, terdapat perbezaan suhu yang mendorong pertukaran haba ke seluruh sistem. Setiap sistem mempunyai masa untuk mencapai keseimbangan haba dan mencapai suhu yang sama di semua titik, yang dipanggil masa berehat.

Keseimbangan mekanikal

Apabila tekanan di semua titik sistem tetap, ia berada dalam keseimbangan mekanikal.

Boleh melayani anda: ketumpatan

Keseimbangan kimia

Dia keseimbangan kimia, Juga dipanggil kadang -kadang keseimbangan bahan, Ia dicapai apabila komposisi kimia sistem tetap tidak dapat diubah dari masa ke masa.

Secara umum, sistem dianggap dalam keseimbangan termodinamik apabila ia berada dalam keseimbangan termal dan mekanikal secara serentak.

Pembolehubah termodinamik dan persamaan negeri

Pembolehubah yang dikaji untuk menganalisis keseimbangan termodinamik sistem adalah pelbagai, yang paling biasa digunakan tekanan, jumlah, jisim dan suhu yang paling biasa digunakan. Pembolehubah lain termasuk kedudukan, kelajuan dan lain -lain yang pemilihannya bergantung pada sistem yang sedang dikaji.

Oleh itu, bagaimana untuk menunjukkan koordinat satu titik memungkinkan. Setelah sistem seimbang, pembolehubah ini memenuhi hubungan yang dikenali sebagai Persamaan Negeri.

Persamaan negeri adalah fungsi pembolehubah termodinamik yang bentuknya secara umum adalah:

f (p, v, t) = 0

Di mana p adalah tekanan, v adalah kelantangan dan t adalah suhu. Secara semulajadi, persamaan negeri dapat dinyatakan dari segi pembolehubah lain, tetapi seperti yang telah dikatakan sebelumnya, ini adalah pembolehubah yang paling banyak digunakan untuk mencirikan sistem termodinamik.

Salah satu persamaan negeri yang paling terkenal ialah gas yang ideal Pv = nrt. Di sini n Ia adalah bilangan tahi lalat, atom atau molekul dan R Ia adalah pemalar Boltzmann: 1.30 x 10^-23 J/K (Joule/Kelvin).

Keseimbangan termodinamik dan undang -undang sifar termodinamik

Katakan terdapat dua sistem termodinamik a dan b dengan termometer yang akan kita panggil t, yang menyentuh sistem pada masa yang cukup untuk a dan t mempunyai suhu yang sama. Dalam kes ini dapat dipastikan bahawa A dan T berada dalam keseimbangan terma.

Boleh melayani anda: belon aerostatik: sejarah, ciri, bahagian, bagaimana ia berfungsiDengan bantuan termometer, undang -undang sifar termodinamik terbukti. Sumber: Pexels.

Prosedur yang sama dengan Sistem B dan T diulangi di bawah. Sekiranya suhu B ternyata sama dengan A, maka A dan B berada dalam keseimbangan terma. Hasil ini dikenali sebagai sifar undang -undang atau sifar prinsip termodinamik, yang dinyatakan secara rasmi:

Sekiranya dua sistem A dan B berada dalam keseimbangan termal masing -masing secara bebas dengan sistem T ketiga, maka mungkin untuk mengesahkan bahawa A dan B berada dalam keseimbangan terma antara satu sama lain.

Dan dari prinsip ini, berikut disimpulkan:

Sistem berada dalam keseimbangan termodinamik apabila semua bahagiannya berada pada suhu yang sama.

Oleh itu, dua mayat dalam hubungan haba yang tidak pada suhu yang sama tidak dapat dipertimbangkan dalam keseimbangan termodinamik.

Entropi dan keseimbangan termodinamik

Apa yang mendorong sistem untuk mencapai keseimbangan terma adalah Entropi, Besarnya yang menunjukkan sejauh mana sistem ini menyeimbangkan, menunjukkan gangguannya. Semakin besar gangguan, terdapat lebih banyak entropi, yang sebaliknya berlaku jika sistem sangat diperintahkan, turun dalam kes ini entropi.

Status keseimbangan termal adalah tepat keadaan entropi maksimum, yang bermaksud bahawa mana -mana sistem terpencil diarahkan ke arah keadaan yang lebih besar secara spontan.

Sekarang, pemindahan tenaga haba dalam sistem ditadbir oleh perubahan entropinya. Biarkan entropi dan menandakan dengan huruf Yunani "Delta" perubahan di dalamnya: ΔS. Perubahan yang membawa kepada sistem dari keadaan awal ke hujung yang lain ditakrifkan sebagai:

Di mana q adalah jumlah haba (dalam joules) dan t ialah suhu (di Kelvin), supaya unit Si (sistem antarabangsa) untuk entropi dan perubahan entropi adalah Joules/Kelvin (J/K).

Ia boleh melayani anda: Pembolehubah Diskret: Ciri dan Contoh

Persamaan ini hanya sah untuk proses yang boleh diterbalikkan. Proses di mana sistem dapat kembali ke keadaan awalnya dan pada setiap titik di jalan ia berada dalam keseimbangan termodinamik.

Contoh sistem dengan peningkatan entropi

- Dalam pemindahan haba dari yang lebih panas ke badan yang lebih sejuk, entropi semakin meningkat sehingga kedua -dua suhu adalah sama, selepas nilainya tetap tetap jika sistem terpencil.

- Satu lagi contoh entropi yang semakin meningkat ialah penyelesaian natrium klorida di dalam air, sehingga mencapai keseimbangan kerana garam telah dibubarkan sepenuhnya.

- Dalam pepejal yang mencairkan entropi juga semakin meningkat, kerana molekul akan dari keadaan yang lebih teratur, yang pepejal, hingga cecair yang lebih tidak senonoh.

- Dalam beberapa jenis kerosakan radioaktif spontan, bilangan zarah yang terhasil meningkat dan dengan itu entropi sistem. Dalam penurunan lain di mana penghapusan zarah berlaku, terdapat transformasi massa kepada tenaga kinetik yang akhirnya menghilangkan haba, dan juga meningkatkan entropi.

Contoh sedemikian menunjukkan hakikat bahawa keseimbangan termodinamik adalah relatif: sistem mungkin dalam keseimbangan termodinamik secara tempatan, contohnya jika cawan kopi + sistem sudu teh dianggap.

Walau bagaimanapun, cawan kopi + sudu teh + sistem persekitaran tidak dapat dalam keseimbangan terma sehingga kopi telah disejukkan sepenuhnya.

Rujukan

1. Bauer, w. 2011. Fizik untuk Kejuruteraan dan Sains. Jilid 1. MC Graw Hill. 650-672.
2. Cengel, dan. 2012. Thermodynamics. 7^ma Edisi. McGraw Hill. 15-25 dan 332-334.
3. Thermodynamics. Pulih dari: ugr.adalah.
4. Universiti Kebangsaan Rosario. Fizikalokimia i. Pulih dari: rechip.a r.Edu.ar
5. Watkins, t. Entropi dan Undang -Undang Termodinamik Kedua dalam Interaksi dan Interaksi Nuklear. Universiti Negeri San Jose. Pulih dari: SJSU.Edu.
6. Wikipedia. Keseimbangan Themodynamic. Pulih dari: dalam.Wikipedia.org.