Termodinamik İşlem Türleri ve Örnekleri

termodinamik süreçler bunlar bir ısı akışını (enerji) içeren veya bir sistem ve çevresi arasında çalışan fiziksel veya kimyasal fenomenlerdir. Isıdan bahsederken, çok fazla termal enerji açığa çıkaran bir sürecin mükemmel bir tezahürü olan ateş imajını akıldan çıkar..

Sistem hem makroskopik (bir tren, bir roket, bir volkan) hem de mikroskobik (atomlar, bakteriler, moleküller, kuantum noktaları vb.) Olabilir. Bu, buna giren veya çıkan ısıyı veya işi dikkate almak için evrenin geri kalanından ayrılır..

Bununla birlikte, yalnızca ısı akışı mevcut değildir, ancak sistemler, aynı zamanda fenomenine göre bazı değişkenlerinde de değişiklikler yapabilir. Termodinamik yasalara göre, madde ve enerji her zaman korunacak şekilde tepki ile ısı arasında bir dengeleme yapılmalıdır..

Yukarıdakiler makroskobik ve mikroskobik sistemler için geçerlidir. İlk ve son arasındaki fark, enerji hallerini tanımladığı düşünülen değişkenlerdir (özünde, ilk ve son).

Bununla birlikte, termodinamik modeller, basınç, hacim ve sıcaklık gibi değişkenleri kontrol ederek her iki dünyayı birbirine bağlamayı, bu sabitlerin bazılarının diğerlerinin etkisini incelemesini sağlamayı amaçlar..

Bu yaklaşıma izin veren ilk model, ideal gazların (PV = nRT) olduğu, ki burada n, mol sayısıdır, V hacmi arasında bölünürken, molar hacim elde edilir..

Daha sonra, bu değişkenlere bağlı olarak sistem etrafındaki değişiklikleri ifade ederken, diğerleri makineler ve endüstriyel işlemler için vazgeçilmez olan iş (PV = W) olarak tanımlanabilir..

Öte yandan, başka bir termodinamik değişken türü kimyasal olaylar için daha fazla ilgi çekmektedir. Bunlar doğrudan enerjinin salınımı veya emilimi ile ilgilidir ve moleküllerin kendine özgü doğasına bağlıdır: bağlantıların oluşumu ve türleri.

indeks

• 1 Termodinamik süreçlerde sistemler ve olaylar
  • 1.1 Fiziksel ve kimyasal olaylar
  • 1.2 Fiziksel olay örnekleri
  • 1.3 Kimyasal olay örnekleri
• 2 Termodinamik işlem türleri ve örnekleri
  • 2.1 Adyabatik süreçler
  • 2.2 İzotermal işlemler
  • 2.3 İzobarik işlemler
  • 2.4 İzokforik işlemler
• 3 Kaynakça

Termodinamik süreçlerde sistemler ve olaylar

Yukarıdaki resimde, üç tür sistem temsil edilmektedir: kapalı, açık ve adyabatik.

Kapalı sistemde, onunla çevresi arasında madde aktarımı yoktur, böylece hiçbir şey giremez veya çıkamaz; ancak, enerji kutunun sınırlarını geçebilir. Başka bir deyişle: F olgusu enerjiyi serbest bırakabilir veya emebilir, böylece kutunun ötesinde olanı değiştirebilir.

Öte yandan, açık sistemde sistemin ufkunun noktalı çizgileri vardır, bu da hem enerji hem de maddenin bu ve çevre arasında gidip gelebileceği anlamına gelir..

Son olarak, yalıtılmış bir sistemde, çevre ve çevre arasındaki madde ve enerji alışverişi null; Bu nedenle, resimde üçüncü kutu bir kabarcığın içine alınır. Çevrenin evrenin geri kalanı olabileceğini ve araştırmanın sistemin kapsamını ne kadar dikkate alacağını tanımlayan çalışma olduğunu açıklığa kavuşturmak gerekir..

Fiziksel ve kimyasal olaylar

Özel olarak F olgusu nedir? F harfi ile gösterilen ve sarı bir daire içinde, fenomen olayın meydana geldiği ve maddenin fiziksel modifikasyonu veya dönüşümü olabilen bir değişimdir..

Fark nedir? Kısaca: İlki kopar ya da yeni bağlantılar oluşturmaz, ikincisi.

Bu nedenle, olayın fiziksel mi yoksa kimyasal mı olduğuna göre termodinamik bir işlem düşünülebilir. Bununla birlikte, her ikisi de bazı moleküler veya atomik özelliklerde ortak bir değişikliğe sahiptir..

Fiziksel olay örnekleri

Bir tencerede suyun ısıtılması, molekülleri arasındaki çarpışmalarda, buhar basıncının atmosferik basınca eşit olduğu noktaya kadar bir artışa neden olur ve daha sonra sıvıdan gaza olan faz değişimi meydana gelir. Başka bir deyişle: su buharlaşır.

Burada su molekülleri bağlarının hiçbirini kırmıyor, ancak enerji değişimlerinden geçiyor; ya da aynı olan, suyun iç enerjisi U değiştirilir.

Bu durum için termodinamik değişkenler nelerdir? Atmosferik basınç P_eski, pişirme gazının yanması ile oluşan sıcaklık ve su hacmi.

Atmosferik basınç sabittir, ancak ısıtıldığı için suyun sıcaklığı değişmez; ne de hacim, çünkü molekülleri uzayda genişler. Bu, izobarik bir süreç içindeki fiziksel bir fenomen örneğidir; yani, sabit basınçta bir termodinamik sistem.

Suyu bir düdüklü tencerenin içine biraz fasulye koyarsanız? Bu durumda, hacim sabit kalır (tahılları pişirirken basınç serbest bırakılmadığı sürece), ancak basınç ve sıcaklık değişir.

Bunun nedeni, üretilen gazın kabın duvarlarında ve sıvının yüzeyinde kaçamaması ve dönmemesidir. Başka bir fiziksel fenomenden bahsediyoruz ama izokratik bir süreç içinde.

Kimyasal olay örnekleri

Moleküler veya atomik yapı gibi mikroskobik faktörlerin doğasında termodinamik değişkenlerin olduğu belirtildi. Bu değişkenler nelerdir? Entalpi (H), entropi (S), iç enerji (U) ve Gibbs (S) serbest enerjisi.

Maddenin bu içsel değişkenleri, seçilen matematiksel modele (genellikle ideal gaz modeli) göre, makroskopik termodinamik değişkenler (P, T ve V) cinsinden tanımlanır ve ifade edilir. Bu sayede termodinamik çalışmalar kimyasal olaylara yapılabilir.

Örneğin, A + B => C tipinde bir kimyasal reaksiyon incelemek istiyoruz, ancak reaksiyon sadece 70 ° C sıcaklıkta gerçekleşiyor. Ek olarak, 100 ° C'nin üzerindeki sıcaklıklarda, C üretmek yerine, D üretilir..

Bu koşullar altında, reaktör (reaksiyonun gerçekleştirildiği montaj), 70 ° C civarında sabit bir sıcaklığı garanti etmelidir, bu nedenle işlem izotermaldir..

Termodinamik işlem türleri ve örnekleri

Adyabatik süreçler

Bunlar, sistem ve çevresi arasında net bir transfer bulunmayanlardır. Bu, uzun vadede izole edilmiş bir sistem tarafından garanti edilir (balonun içindeki kutu).

Örnekler

Buna bir örnek, kimyasal bir reaksiyondan salınan veya absorbe edilen ısı miktarını belirleyen kalorimetrelerdir (yanma, çözünme, oksidasyon vb.).

Fiziksel fenomenler arasında, pistonlara uygulanan basınç nedeniyle sıcak gaz üreten harekettir. Aynı şekilde, karasal bir yüzeye hava akımı bastığında, genleşmeye zorlandığından sıcaklığı artar.

Öte yandan, eğer diğer yüzey gazsa ve daha düşük yoğunluğa sahipse, daha yüksek bir basınç hissettiğinde sıcaklığı düşer ve parçacıklarını yoğunlaşmaya zorlar..

Adyabatik işlemler, düşük ısı kaybının maliyetlere yansıyan daha düşük bir performansa neden olduğu birçok endüstriyel işlem için idealdir. Bunu düşünmek için, ısı akışı sıfır olmalı veya giren ısı miktarı sisteme giren miktara eşit olmalıdır..

İzotermal işlemler

İzotermal işlemler, sistem sıcaklığının sabit kaldığı süreçlerdir. Bu iş yaparak yapılır, böylece diğer değişkenler (P ve V) zamana göre değişir.

Örnekler

Bu tip termodinamik işlemlerin örnekleri sayısızdır. Temel olarak, çok sayıda hücresel aktivite sabit bir sıcaklıkta gerçekleşir (iyonların ve suyun hücre zarlarından değişimi). Kimyasal reaksiyonlarda, termal dengeyi oluşturanların tümü izotermal süreçler olarak kabul edilir..

İnsan metabolizması, çok çeşitli kimyasal reaksiyonlarla sabit vücut sıcaklığını (yaklaşık 37 ° C) korumayı başarır. Bu, besinlerden elde edilen enerji sayesinde elde edilir.

Faz değişiklikleri de izotermal süreçlerdir. Örneğin, bir sıvı donduğunda ısı açığa çıkar ve sıcaklığın tamamen katı fazda olana kadar düşmesini önler. Bu olduğunda, sıcaklık düşmeye devam edebilir, çünkü katı artık enerji salmaz.

İdeal gazları içeren sistemlerde, iç enerjinin U değişmesi sıfırdır, bu nedenle tüm ısı işleri yapmak için kullanılır..

İzobarik işlemler

Bu işlemlerde sistemdeki basınç sabit kalır, hacmi ve sıcaklığı değişir. Genel olarak, basınçtaki artışı engellemek için atmosfere açık sistemlerde veya hacimdeki artışla limitleri bozulabilen kapalı sistemlerde oluşabilir..

Örnekler

Motorların içindeki silindirlerde, gaz ısıtıldığında, sistemin hacmini değiştiren pistonu iter.

Böyle olmasaydı, sistemin silindir duvarlarında gaz türlerinin çarpışmasını azaltma yolu olmadığı için basınç artacaktır..

İzoforik süreçler

İzoforik işlemlerde hacim sabit kalır. Sistemin iş üretmeyenler olarak da düşünülebilir (W = 0).

Temel olarak, karıştırılmış olsun veya olmasın, herhangi bir kabın içinde incelenen fiziksel veya kimyasal fenomenlerdir..

Örnekler

Bu işlemlerin örnekleri arasında yiyeceklerin pişirilmesi, kahve hazırlanması, bir şişe dondurmanın soğutulması, şekerin kristalleştirilmesi, az çözünür bir çökeltinin çözünmesi, bir iyon değiştirme kromatografisi sayılabilir..

referanslar

1. Jones, Andrew Zimmerman. (17 Eylül 2016). Termodinamik Süreç Nedir? Alındığı kaynak: thoughtco.com
2. J. Wilkes. (2014). Termodinamik süreçler. [PDF]. Alındığı yer: courses.washington.edu
3. Çalışma (9 Ağustos 2016). Termodinamik Prosesler: İzobarik, İzoforik, İzotermal ve Adyabatik. Alındığı kaynak: study.com
4. Kevin Wandrei (2018). Termodinamiğin Birinci ve İkinci Yasalarının Bazı Günlük Örnekleri Nelerdir? Hearst Seattle Media, LLC. Alındığı kaynak: education.seattlepi.com
5. Lambert. (2006). Termodinamiğin İkinci Yasası. Alındığı yer: entropysite.oxy.edu
6. 15 Termodinamik. [PDF]. Alındığı kaynak: wright.edu