Termodynamiske processer Typer og eksempler



den termodynamiske processer de er fysiske eller kemiske fænomener, der involverer en strøm af varme (energi) eller arbejde mellem et system og dets omgivelser. Når man taler om varme, kommer det rationelt til at tænke på billedet af ild, hvilket er manifestationen par excellence af en proces, der frigiver en masse termisk energi.

Systemet kan være både makroskopisk (et tog, en raket, en vulkan) og mikroskopisk (atomer, bakterier, molekyler, kvantepunkter osv.). Dette er adskilt fra resten af ​​universet for at overveje den varme eller det arbejde, der går ind eller forlader dette.

Imidlertid findes ikke kun varmestrømmen, men systemerne kan også skabe ændringer i nogle variabler i deres miljø som reaktion på det overvejede fænomen. Ifølge termodynamiske love skal der være kompensation mellem reaktion og varme, således at materie og energi altid bevares.

Ovennævnte gælder for makroskopiske og mikroskopiske systemer. Forskellen mellem den første og den sidste er de variabler, der anses for at definere deres energistater (i det væsentlige den indledende og den endelige).

Men termodynamiske modeller sigter mod at forbinde begge verdener ved at styre variabler som tryk, volumen og temperatur i systemerne, idet nogle af disse konstanter skal holde øje med de andre.

Den første model, der tillader denne tilnærmelse er den for de ideelle gasser (PV = nRT), hvor n er antallet af mol, at når man deler mellem volumenet V, opnås det molære volumen.

Derefter udtrykker ændringerne mellem system-rundt afhængigt af disse variabler, andre kan defineres som arbejde (PV = W), der er uundværlig for maskiner og industrielle processer.

På den anden side er en anden type termodynamisk variabel af større interesse for kemiske fænomener. Disse er direkte relateret til frigivelse eller absorption af energi, og afhænger af molekylernes indre karakter: dannelsen og typerne af forbindelser.

indeks

  • 1 Systemer og fænomener i termodynamiske processer
    • 1.1 Fysiske og kemiske fænomener
    • 1.2 Eksempler på fysiske fænomener
    • 1.3 Eksempler på kemiske fænomener
  • 2 Typer og eksempler på termodynamiske processer
    • 2.1 Adiabatiske processer
    • 2.2 Isothermiske processer
    • 2.3 Isobariske processer
    • 2.4 Isokoriske processer
  • 3 referencer

Systemer og fænomener i termodynamiske processer

I billedet ovenfor er de tre typer systemer repræsenteret: lukket, åbent og adiabatisk.

I det lukkede system er der ingen overførsel af materiel mellem den og dens omgivelser, så det kan ligegyldigt komme ind eller ud Energien kan dog krydse boksens rammer. Med andre ord: F-fænomenet kan frigive eller absorbere energi og dermed ændre, hvad der ligger uden for kassen.

På den anden side har systemets horisonter i det åbne system deres stiplede linjer, hvilket betyder, at både energi og materiel kan komme og gå mellem dette og omgivelserne.

Endelig er udvekslingen af ​​materie og energi mellem det og omgivelserne i et isoleret system nul; Af denne grund er billedet den tredje boks lukket i en boble. Det er nødvendigt at præcisere, at omgivelserne kan være resten af ​​universet, og at undersøgelsen er den, der definerer, hvor langt man skal overveje systemets omfang.

Fysiske og kemiske fænomener

Hvad er fænomenet F specifikt? Indikeret ved bogstavet F og i en gul cirkel er fænomenet en forandring, der finder sted og kan være den fysiske modifikation af materie eller dens transformation.

Hvad er forskellen? Succinctly: den første bryder ikke eller skaber nye links, mens den anden gør.

Således kan en termodynamisk proces overvejes i henhold til om fænomenet er fysisk eller kemisk. Men begge har fælles en ændring i nogle molekylære eller atomare egenskaber.

Eksempler på fysiske fænomener

Opvarmning af vand i en gryde medfører en stigning i sammenstød mellem dens molekyler, til det punkt, hvor dens damptryk svarer til atmosfærisk tryk, og så sker faseændringen fra væske til gas. Med andre ord: vand fordampes.

Her bryder vandmolekylerne ikke nogen af ​​deres bindinger, men de undergår energiændringer; eller hvad er det samme, er den indre energi U af vandet ændret.

Hvad er de termodynamiske variabler for denne sag? Det atmosfæriske tryk Pex, temperaturen ved forbrænding af madlavningsgas og vandmængden.

Det atmosfæriske tryk er konstant, men vandets temperatur er ikke, da det opvarmes; eller volumenet, fordi dets molekyler ekspanderer i rummet. Dette er et eksempel på et fysisk fænomen inden for en isobarisk proces; det vil sige et termodynamisk system ved konstant tryk.

Hvad hvis du lægger vandet med nogle bønner inde i en trykovn? I dette tilfælde forbliver volumenet konstant (så længe trykket ikke udløses ved tilberedning af korn), men tryk og temperatur ændres.

Dette skyldes, at den producerede gas ikke kan undslippe og dreje rundt på væggens vægge og væskens overflade. Vi taler om et andet fysisk fænomen, men inden for en isokorisk proces.

Eksempler på kemiske fænomener

Det blev nævnt, at der er termodynamiske variabler iboende for mikroskopiske faktorer, såsom molekylær eller atomstruktur. Hvad er disse variabler? Entalpien (H), entropien (S), den indre energi (U) og den frie energi af Gibbs (S).

Disse egentlige variabler af materie er defineret og udtrykt i form af de makroskopiske termodynamiske variabler (P, T og V) ifølge den valgte matematiske model (generelt den ideelle gasmodel). Takket være disse termodynamiske undersøgelser kan man lave de kemiske fænomener.

For eksempel ønsker vi at studere en kemisk reaktion af type A + B => C, men reaktionen forekommer kun ved en temperatur på 70 ° C. Derudover frembringes der ved temperaturer over 100 ° C i stedet for at producere C, D.

Under disse forhold skal reaktoren (samlingen, hvor reaktionen udføres) sikre en konstant temperatur omkring 70 ° C, så processen er isotermisk.

Typer og eksempler på termodynamiske processer

Adiabatiske processer

Det er dem, hvor der ikke er nogen nettooverførsel mellem systemet og dets omgivelser. Dette på lang sigt er garanteret af et isoleret system (boksen inde i boblen).

eksempler

Et eksempel på dette er kalorimetrene, som bestemmer mængden af ​​varme frigivet eller absorberet fra en kemisk reaktion (forbrænding, opløsning, oxidation osv.).

Inden for de fysiske fænomener er bevægelsen, som genererer den varme gas på grund af det tryk, der udøves på stemplerne. På samme måde, når en strøm af luftpresser på en jordoverflade, stiger dens temperatur, da den er tvunget til at ekspandere.

På den anden side, hvis den anden overflade er gasformig og har lavere densitet, vil dens temperatur falde, når det føles et højere tryk, hvilket tvinger dets partikler til at kondensere.

De adiabatiske processer er ideelle til mange industrielle processer, hvor det lavere varmetab indebærer en lavere ydelse, som afspejles i omkostningerne. For at betragte det som sådan skal varmestrømmen være nul eller den mængde varme, der kommer ind, skal svare til mængden, der kommer ind i systemet..

Isotermiske processer

De isotermiske processer er alle dem, hvor temperaturen i systemet forbliver konstant. Dette gøres ved at arbejde, så de andre variabler (P og V) varierer med tiden.

eksempler

Eksempler på denne type termodynamiske proces er utallige. I det væsentlige foregår meget cellulær aktivitet ved en konstant temperatur (udveksling af ioner og vand gennem cellemembraner). Inden for kemiske reaktioner betragtes alle de, der etablerer termiske ligevægte, isotermiske processer.

Human metabolisme klarer at opretholde konstant kropstemperatur (ca. 37 ° C) gennem en bred vifte af kemiske reaktioner. Dette opnås takket være den energi, der er opnået fra mad.

Faseændringer er også isotermiske processer. For eksempel, når en væske fryser det frigiver varme, forhindrer temperaturen fra at falde, indtil den er helt i fast fase. Når dette sker, kan temperaturen fortsætte med at falde, fordi det faste stof ikke længere frigiver energi.

I de systemer, der involverer ideelle gasser, er forandringen af ​​den indre energi U nul, så hele varmen bruges til at udføre arbejde.

Isobariske processer

I disse processer forbliver trykket i systemet konstant og varierer dets volumen og temperatur. Generelt kan de forekomme i systemer, der er åbne for atmosfæren eller i lukkede systemer, hvis grænser kan deformeres af volumenforøgelsen for at imødegå stigningen i tryk.

eksempler

I cylindrene inde i motorerne, når gassen opvarmes, skubber den stemplet, som ændrer systemets volumen.

Hvis dette ikke var tilfældet, ville trykket stige, da systemet ikke har mulighed for at reducere kollisionerne af gasformige arter på cylinderens vægge..

Isokoriske processer

I de isokoriske processer forbliver volumenet konstant. Det kan også betragtes som dem, hvor systemet ikke genererer noget arbejde (W = 0).

Dybest set er de fysiske eller kemiske fænomener, der studeres i enhver beholder, uanset om det er med agitation eller ej.

eksempler

Eksempler på disse processer er madlavning, fremstilling af kaffe, afkøling af en flaske is, krystallisation af sukker, opløsning af et lille opløseligt bundfald, en ionbytningskromatografi, blandt andre..

referencer

  1. Jones, Andrew Zimmerman. (17. september 2016). Hvad er en termodynamisk proces? Taget fra: thoughtco.com
  2. J. Wilkes. (2014). Termodynamiske processer. [PDF]. Modtaget fra: courses.washington.edu
  3. Undersøgelse (9. august 2016). Termodynamiske processer: Isobarisk, Isokorisk, Isotermisk og Adiabatisk. Modtaget fra: study.com
  4. Kevin Wandrei (2018). Hvad er nogle daglige eksempler på termodynamikens første og anden lov? Hearst Seattle Media, LLC. Modtaget fra: education.seattlepi.com
  5. Lambert. (2006). Termodynamikens anden lov. Udtaget fra: entropysit.oxy.edu
  6. 15 Termodynamik. [PDF]. Taget fra: wright.edu