A termodynamický systém nebo pracovní látka je část vesmíru, která je vybrána ke studiu termodynamikou. Toto je velmi široká definice, protože termodynamický systém může být obrovský jako galaxie nebo to může být malé množství plynu obsaženého ve válci..
Vše, co obklopuje termodynamický systém, včetně hmoty a prostoru, je jeho prostředí nebo prostředí. Nejde o zbytek vesmíru, ale pouze o prostředí schopné ovlivnit systém.
V termodynamickém systému je možná výměna hmoty nebo energie mezi systémem a okolím, v závislosti na druhu systému, tj. Prostředí, kde se nacházejí pozorovatelé, kteří jej studují.
Při analýze termodynamického systému je důležité stanovit hranice (hranice nebo stěny), které mohou být pevné nebo mobilní. Skleněná nebo kovová nádoba má pevné stěny, ale píst nebo píst mají pohyblivé stěny..
Hranice jako taková může být skutečný nebo imaginární povrch, ale v ideálním případě má nulovou tloušťku, určitou tuhost a další charakteristiky, které jsou matematicky popsány..
Imaginární hranice jsou nezbytné při studiu systémů, které jsou samy o sobě součástí mnohem větších systémů, jako je hvězda v mlhovině..
Výměny tepla mezi systémem a jeho okolím, pokud existují, jsou primárními cíli termodynamiky. Proto se stěnám, které umožňují výměnu, dostává zvláštní název: adiabatické, zatímco ty, které to neumožňují a izolují systém, jsou diatermické..
Rejstřík článků
Existují různé typy termodynamických systémů, které se klasifikují podle jejich schopnosti vyměňovat hmotu a energii s prostředím, a to takto:
Výměna hmoty a energie s vnějškem je povolena, proto se jim také říká ovládání hlasitosti.
Mnoho systémů ve strojírenství je modelováno tímto způsobem, například domácí ohřívače vody a radiátory automobilů..
Oni jsou také známí jako kontrolní hmota a jsou charakterizováni, protože nedochází k výměně hmoty s prostředím. Proto je jeho hmotnost neměnná, avšak energie může překročit svoji hranici, ať už jako teplo nebo jako práce. Tímto způsobem se může měnit hlasitost systému.
Jedná se o uzavřené systémy, ve kterých je zabráněno výměně tepla, práce nebo jakékoli formě energie s okolním prostředím.
Popsané systémy byly klasifikovány podle jejich schopnosti výměny s okolním prostředím, ale toto není jediné kritérium. Termodynamické systémy mohou být také homogenní a heterogenní.
Čisté látky jsou dobrým příkladem homogenních systémů, jako je stolní sůl skladovaná v solničce. Naopak kombinace kapalné vody a vodní páry je heterogenní systém, protože jde o dva různé stavy, jejichž vlastnosti se liší.
Jak jsme viděli, termodynamické systémy se pohybují od nejjednodušších po nejsložitější. Při jejich studiu je však vhodné je pečlivě definovat a pokusit se najít všechny způsoby, jak analýzu zjednodušit..
Podívejme se na několik příkladů skutečných systémů, které nás provázejí v každodenním životě:
Jedná se o velmi jednoduchý a názorný termodynamický systém a také dobrý způsob přípravy jídla. Obsah nádoby, ať už jde o vejce, směs pro dort nebo jakýkoli přípravek, je termodynamický systém, zatímco vodní lázeň tvoří prostředí nebo prostředí.
Při ohřevu vody proudí teplo do systému hranicí nádoby.
Jak rychle se jídlo vaří, závisí na několika faktorech, z nichž jedním je materiál pánve: ať už je to keramika nebo kov. Víme, že kov je dobrým vodičem tepla, takže očekáváme, že se obsah rychle zahřeje, pokud se použije ocelový nebo hliníkový hrnec..
Místo toho, abyste systém zahřáli, možná budete chtít ochladit, například ohřát láhev kojeneckého mléka, které bylo přehřáté. V tomto případě systém přenáší teplo do vodní lázně.
Kuchyně je vynikajícím místem pro hledání termodynamických procesů. Omáčka, kuřecí maso nebo jiné jídlo vařené v otevřené pánvi je příkladem otevřeného systému, protože je zde povolena jakákoli výměna s prostředím: přidávání koření, dalších přísad a úprava přidaného tepla.
Ve spalovacím motoru automobilů, motocyklů, letadel a lodí je směs plynu (vzduchu) a paliva, která se připravuje v karburátoru a přivádí se do válce, kde se účinkem spalování stává směsí plynů různých.
Jelikož se složení směsi během pracovního cyklu mění, jedná se o složitý a heterogenní termodynamický systém.
Káva nebo čaj zůstanou v termosce déle horké. Jedná se o nádobu s izolačními stěnami, která právě brání tomu, aby náš systém - horký nápoj - vzdal své teplo prostředí a ochladil ho.
Ve skutečnosti jsou termosky dva kontejnery, mezi nimiž se vytváří částečné vakuum, aby se zabránilo přítomnosti média, jako je vzduch, které pomáhá odvádět teplo zevnitř ven..
Termoska samozřejmě funguje i obráceně, slouží k udržení chladných nápojů po delší dobu.
Vejce, která konzumujeme jako jídlo, jsou vynikajícími příklady uzavřených termodynamických systémů, ale umožňují výměnu energie s okolním prostředím. Skořápka umožňuje, aby se ze slepice vylíhlo embryo, stejně jako průchod plynů.
Buňka je základní jednotkou živých věcí a je úžasně účinným termodynamickým systémem. Rozšířením lze jakoukoli živou bytost považovat za složitý termodynamický systém.
Buněčná membrána, která lemuje vnitřní struktury, jako je jádro a mitochondrie, je hranicí mezi systémem a prostředím. To umožňuje výměnu energie, příchod živin zvenčí a výstup odpadu.
Konzervy jsou typickými příklady uzavřených termodynamických systémů.
Voda uvnitř ohřívače je otevřený termodynamický systém, protože je nutné umožnit, aby se teplo dostalo do vody, obvykle z elektrického odporu, který je ohříván, je-li ohřívač elektrický, nebo prostřednictvím sluneční energie nebo plamene, který pochází ze zapalovače plyn.
Zatím žádné komentáře