Pembolehubah termodinamik yang dan latihan diselesaikan

The Pembolehubah termodinamik o Pemboleh ubah keadaan adalah magnitud makroskopik yang mencirikan sistem termodinamik, yang paling biasa adalah tekanan, kelantangan, suhu dan jisim. Mereka sangat berguna dalam perihalan sistem dengan pelbagai input dan keluar. Terdapat banyak pembolehubah keadaan yang sama penting, selain daripada yang disebutkan di atas. Pemilihan yang dibuat bergantung pada sistem dan kerumitannya.

Pesawat yang penuh dengan penumpang atau kereta boleh dianggap sebagai sistem dan pembolehubahnya termasuk sebagai tambahan kepada jisim dan suhu, jumlah bahan bakar, kedudukan geografi, kelajuan, pecutan dan tentu saja banyak lagi.

Rajah 1. Satah boleh dikaji sebagai sistem termodinamik. Sumber: Pixabay.

Sekiranya banyak pembolehubah dapat ditakrifkan, apabila pemboleh ubah dianggap sebagai keadaan? Dianggap sedemikian di mana proses yang mana pembolehubah memperoleh nilainya tidak penting.

Sebaliknya, apabila sifat transformasi mempengaruhi nilai akhir pembolehubah, ia tidak lagi dianggap sebagai pemboleh ubah negara. Contoh pentingnya adalah kerja dan panas.

Pengetahuan tentang pembolehubah negara membolehkan sistem diterangkan secara fizikal pada masa yang diberikan_{Sama ada}. Terima kasih kepada pengalaman, model matematik dicipta yang menggambarkan evolusi mereka dari masa ke masa dan meramalkan keadaan dalam masa t> t_{Sama ada}.

[TOC]

Pembolehubah yang intensif, luas dan khusus

Dalam kes gas, yang merupakan sistem yang sering dikaji dalam termodinamik, Massa Ia adalah salah satu pemboleh ubah keadaan utama dan asas setiap sistem. Berkaitan dengan jumlah perkara yang terkandung. Dalam sistem antarabangsa ia diukur dalam kg.

Jisim sangat penting dalam sistem dan sifat termodinamik diklasifikasikan kerana mereka bergantung atau tidak:

Boleh melayani anda: voltmeter: ciri, operasi, apa itu, jenis

-Intensif: bebas daripada jisim dan saiz, contohnya suhu, tekanan, kelikatan dan secara umumnya yang membezakan sistem dari yang lain.

-Luas: yang bervariasi dengan saiz sistem dan jisimnya, seperti berat, panjang dan kelantangan.

-Khusus: yang diperoleh dengan menyatakan sifat luas bagi setiap unit. Antaranya adalah graviti tertentu dan kelantangan tertentu.

Untuk membezakan antara jenis pembolehubah, bayangkan membahagikan sistem menjadi dua bahagian yang sama: jika magnitud tetap sama dalam setiap satu, ia adalah pemboleh ubah intensif. Sekiranya tidak, nilainya berkurangan separuh.

-Tekanan, kelantangan dan suhu

Kelantangan

Ia adalah ruang yang diduduki oleh sistem. Unit kelantangan dalam sistem antarabangsa adalah meter padu: m³. Unit lain yang digunakan secara meluas termasuk inci padu, kaki padu dan liter.

Tekanan

Ia adalah magnitud skalar yang diberikan oleh kota antara komponen tegak lurus daya yang digunakan untuk badan dan kawasan ini. Unit tekanan dalam sistem antarabangsa ialah Newton /m² O Pascal (PA).

Sebagai tambahan kepada Pascal, tekanan mempunyai banyak unit yang digunakan mengikut skop. Antaranya adalah PSI, atmosfera (ATM), bar dan milimeter Mercury (mmHg).

Suhu

Dalam tafsiran mikroskopiknya suhu adalah ukuran tenaga kinetik molekul yang membentuk gas yang sedang dikaji. Dan di peringkat makroskopik menunjukkan arah aliran haba dengan menghubungi dua sistem.

Unit suhu dalam sistem antarabangsa adalah kelvin (k) dan terdapat juga skala Celsius (ºC) dan Fahrenheit (ºF) (ºF).

Boleh melayani anda: Kitaran Brayton: Proses, Kecekapan, Aplikasi, Latihan

Latihan yang diselesaikan

Bahagian ini akan menggunakan persamaan untuk mendapatkan nilai pembolehubah apabila sistem berada dalam keadaan tertentu. Ia mengenai Persamaan Negeri.

Persamaan Negeri adalah model matematik yang menggunakan pembolehubah keadaan dan tingkah laku sistem model. Objek kajian dicadangkan sebagai gas yang ideal, yang terdiri daripada satu set molekul yang mampu bergerak dengan bebas tetapi tanpa berinteraksi di antara mereka.

Persamaan status yang dicadangkan untuk gas ideal adalah:

P.V = n.k.T

Di mana P Ia adalah tekanan, V Ia adalah kelantangan, N Ia adalah bilangan molekul dan k Ia adalah pemalar Boltzmann.

-Latihan 1

Anda melambung tayar kereta anda dengan tekanan yang disyorkan oleh pengeluar 3.21 × 10⁵ Pa, di tempat di mana suhu -5.00 ° C, tetapi kini mahu pergi ke pantai, di mana terdapat 28 ºC. Dengan peningkatan suhu, jumlah tayar telah meningkat sebanyak 3%.

Rajah 2. Dengan meningkatkan suhu dari -5ºC hingga 28 ºC udara tayar berkembang dan jika tidak ada kerugian. Tekanan meningkat. Sumber: Pixabay.

Cari tekanan akhir dalam tayar dan nyatakan sama ada ia telah melebihi toleransi yang diberikan oleh pengilang, yang tidak melebihi 10% daripada tekanan yang disyorkan.

Penyelesaian

Model gas yang ideal tersedia, oleh itu ia akan diandaikan bahawa udara tayar mengikuti persamaan yang diberikan. Ini juga bermakna bahawa tiada kerugian udara dalam tayar, jadi bilangan tahi lalat adalah tetap:

Bilangan awal molekul (pada -5 ºC) = bilangan molekul akhir (pada 28 ºC)

(Ms.V/ k .T) _permulaan = (Ms.V/ k.T)_final

Ia termasuk keadaan bahawa jumlah akhir telah meningkat sebanyak 3%:

Boleh melayani anda: litar selari

(Ms.V/t) _permulaan= 1.03v_permulaan (P /T)_final

Data yang diketahui diganti dan tekanan akhir dibersihkan. Penting: Suhu mesti dinyatakan di Kelvin: T(K) = t (° C) + 273.lima belas

(P/T) _final = (P/T) _permulaan /1.03 = (3.21 × 10⁵ PA / (-5 + 273.15 k)) /1.03 = 1.16 x 10³ Pa/k

P _final = (28 + 273.15 K) _x1.16 _x 10³ Pa/k = 3.5 x 10⁵ PA.

Pengilang telah menunjukkan bahawa toleransi adalah 10 %, oleh itu nilai maksimum tekanan adalah:

P _maksimum = 3.21 × 10⁵ PA + 0.1 x 3.21 × 10⁵ PA = 3.531 × 10⁵ PA

Anda boleh melakukan perjalanan secara senyap -senyap ke pantai, sekurang -kurangnya sejauh tayar berkenaan, kerana ia tidak melebihi had tekanan yang ditetapkan.

Latihan 2

Gas ideal mempunyai jumlah 30 liter pada suhu 27 ° C dan tekanan 2 atm. Menjaga tekanan berterusan, cari kelantangannya apabila suhu berlalu -13 ºC.

Penyelesaian

Ia adalah proses tekanan yang berterusan (proses isobaric). Dalam kes ini, persamaan status gas ideal dipermudahkan untuk:

P _permulaan = P _final

(N.k.TV)_permulaan= (N.k.TV)_final

(TV) _permulaan= (T/v) _final

Hasil yang dikenali sebagai undang -undang Charles. Data yang ada ialah:

V _permulaan = 30 l; T_permulaan = 27 ºC = (27 + 273.15 k) = 300.15 k; T _final = (-13+273.15 k) = 260.15 k

Membersihkan dan menggantikan:

V _final = V _permulaan . (T _final /T _permulaan) = 30 l . (260.15 k)/(300.15 k) = 26 l.

Rujukan

1. Borgnakke. 2009. Asas termodinamik. 7^th Edisi. Wiley dan anak lelaki. 13-47.
2. Cengel, dan. 2012. Thermodynamics. 7^ma Edisi. McGraw Hill. 2-6.
3. Konsep asas sistem termodinamik. Pulih dari: TextScientificas.com.
4. Engel, t. 2007. Pengenalan kepada fizikokimia: termodinamik. Pearson. 1-9.
5. Nag, ms.K. 2002. Termodinamik asas dan digunakan. Tata McGraw Hill. 1-4.
6. Universiti Navojoa. Fizikokimia Asas. Pulih dari: fqb-onav.Forosactive.jaring