TERMODINAMISKIE MAINĪGIE: KĀDI TIE IR, UN ATRISINĀTIE VINGRINĀJUMI - FIZISKĀ - 2025

Par termodinamikas mainīgie vai valsts mainīgie ir tie makroskopiskā raksturojošie termodinamisks sistēmu, visvairāk pazīstamo spiediena, apjomu, temperatūru un masas daudzums. Tie ir ļoti noderīgi, aprakstot sistēmas ar vairākām ieejām un izejām. Bez jau pieminētajiem, ir daudz vienlīdz svarīgu stāvokļa mainīgo. Veiktā atlase ir atkarīga no sistēmas un tās sarežģītības.

Lidmašīnu, kas pilna ar pasažieriem vai automašīnu, var uzskatīt par sistēmām, un to mainīgie lielumi papildus masai un temperatūrai ietver arī degvielas daudzumu, ģeogrāfisko stāvokli, ātrumu, paātrinājumu un, protams, daudz ko citu.

1. attēls. Lidmašīnu var izpētīt kā termodinamisko sistēmu. Avots: Pixabay.

Ja var definēt tik daudz mainīgo, kad mainīgais tiek uzskatīts par stāvokli? Par tādiem uzskata tos, kuros process, kura laikā mainīgais iegūst savu vērtību.

No otras puses, ja transformācijas raksturs ietekmē mainīgā lieluma galīgo vērtību, to vairs neuzskata par stāvokļa mainīgo. Svarīgi to piemēri ir darbs un karstums.

Stāvokļa mainīgo zināšanas ļauj fiziski aprakstīt sistēmu noteiktā laikā t _o . Pateicoties pieredzei, tiek izveidoti matemātiski modeļi, kas raksturo to attīstību laika gaitā un prognozē stāvokli laikā t> t _o .

Intensīvi, plaši un specifiski mainīgie

Gāzes gadījumā, kas ir termodinamikā bieži pētīta sistēma, masa ir viens no jebkuras sistēmas galvenajiem stāvokļiem un fundamentālajiem mainīgajiem. Tas ir saistīts ar tajā esošo vielas daudzumu. Starptautiskajā sistēmā to mēra kilogramos.

Masai ir ļoti liela nozīme sistēmā, un termodinamiskās īpašības klasificē atkarībā no tā, vai tās ir atkarīgas no tā:

-Intensīvi: tie nav atkarīgi no masas un lieluma, piemēram, no temperatūras, spiediena, viskozitātes un parasti no tiem, kas atšķir vienu sistēmu no otras.

-Explesive: tie, kas mainās atkarībā no sistēmas lieluma un tās masas, piemēram, svara, garuma un tilpuma.

-Specifiski: tie, kas iegūti, izteikti raksturojot masas vienību. Starp tiem ir īpatnējais smagums un īpatnējais tilpums.

Lai atšķirtu mainīgo veidus, iedomājieties sistēmu sadalīt divās vienādās daļās: ja lielums katrā paliek vienāds, tas ir intensīvs mainīgais. Ja tā nav, tā vērtību sadala uz pusēm.

-Spiediens, tilpums un temperatūra

Apjoms

Tā ir sistēmas aizņemtā telpa. Tilpuma vienība Starptautiskajā sistēmā ir kubikmetrs: m ³ . Citas plaši izmantotas vienības ir kubiskās collas, kubikpēdas un litrs.

Spiediens

Tas ir skalārs lielums, ko piešķir koeficients starp ķermenim pieliktā spēka perpendikulāro komponentu un tā laukumu. Spiediena vienība Starptautiskajā sistēmā ir ņūtons / m ² vai Paskāls (Pa).

Papildus Pascal spiedienam ir daudz vienību, kuras tiek izmantotas atbilstoši apgabalam. Tajos ietilpst psi, atmosfēra (atm), stieņi un dzīvsudraba milimetri (mmHg).

Temperatūra

Interpretācijā mikroskopiskā līmenī temperatūra ir molekulu kinētiskās enerģijas lielums, kas veido pētāmo gāzi. Makroskopiskā līmenī tas norāda siltuma plūsmas virzienu, saskaroties ar divām sistēmām.

Temperatūras vienība Starptautiskajā sistēmā ir Kelvins (K), un ir arī Celsija (ºC) un Fārenheita (ºF) skalas.

Atrisināti vingrinājumi

Šajā sadaļā vienādojumi tiks izmantoti, lai iegūtu mainīgo lielumus, kad sistēma atrodas noteiktā situācijā. Tas ir par stāvokļa vienādojumiem.

Stāvokļa vienādojums ir matemātisks modelis, kas izmanto stāvokļa mainīgos un modelē sistēmas uzvedību. Kā pētījuma objekts tiek piedāvāta ideāla gāze, kas sastāv no molekulu kopuma, kas spēj brīvi pārvietoties, bet nedarbojas viens ar otru.

Ierosinātais ideālo gāzu stāvokļa vienādojums ir:

Kur P ir spiediens, V ir tilpums, N ir molekulu skaits un k ir Boltsmana konstante.

-Uzdevums 1

Jūs piepūšāt automašīnas riepas līdz ražotāja ieteiktajam spiedienam 3,21 × 10 ⁵ Pa vietā, kur temperatūra bija –5,00 ° C, bet tagad vēlaties doties uz pludmali, kur tā ir 28 ° C. Palielinoties temperatūrai, riepas tilpums ir palielinājies par 3%.

2. attēls. Kad temperatūra paaugstinās no -5ºC līdz 28ºC, gaiss riepās izplešas un, ja nav zudumu. spiediens palielinās. Avots: Pixabay.

Atrodiet galīgo spiedienu riepā un norādiet, vai tas ir pārsniedzis ražotāja noteikto pielaidi, kas nedrīkst pārsniegt 10% no ieteiktā spiediena.

Risinājums

Ir pieejams ideāls gāzes modelis, tāpēc tiks pieņemts, ka gaiss riepās atbilst dotajam vienādojumam. Tas arī pieņems, ka riepās nav gaisa noplūdes, tāpēc molu skaits ir nemainīgs:

Iekļauj nosacījumu, ka galīgais apjoms ir palielinājies par 3%:

Zinātie dati tiek aizstāti, un galīgais spiediens tiek notīrīts. Svarīgi: temperatūra jāizsaka kelvinos: T (K) = T (° C) + 273,15

Ražotājs ir norādījis, ka pielaide ir 10%, tāpēc maksimālā spiediena vērtība ir:

Droši varat doties uz pludmali, vismaz attiecībā uz riepām, jo ​​jūs neesat pārsniedzis noteikto spiediena robežu.

2. vingrinājums

Ideālas gāzes tilpums ir 30 litri 27 ° C temperatūrā un tās spiediens ir 2 atm. Turot spiedienu nemainīgu, atrodiet tā tilpumu, kad temperatūra pārsniedz -13 ºC.

Risinājums

Tas ir pastāvīgs spiediena process (izobāriskais process). Šādā gadījumā ideālais gāzes vienādojums vienkāršojas līdz:

Šis rezultāts ir pazīstams kā Kārļa likums. Pieejamie dati ir:

Risināšana un aizstāšana:

Atsauces

1. Borgnakke. 2009. Termodinamikas pamati. 7 ^th Edition. Vailijs un dēli. 13-47.
2. Cengel, Y. 2012. Termodinamika. 7 ^ma izdevums. Makgreiva kalns. 2.-6.
3. Termodinamisko sistēmu pamatjēdzieni. Atgūts no: zinātniskiem tekstiem.com.
4. Engel, T. 2007. Ievads fizikāli ķīmijā: Termodinamika. Pīrsons. 1.-9.
5. Nag, PK 2002. Pamata un lietišķā termodinamika. Tata Makgreiva kalna. 1.-4.
6. Navojoa universitāte. Fizikālķīmija. Atgūts no: fqb-unav.forosactivos.net