The termodynamické proměnné nebo stavové proměnné jsou ty makroskopické veličiny, které charakterizují termodynamický systém, nejznámější jsou tlak, objem, teplota a hmotnost. Jsou velmi užitečné při popisu systémů s více vstupy a výstupy. Existuje mnoho stejně důležitých stavových proměnných, kromě těch, které již byly zmíněny. Provedený výběr závisí na systému a jeho složitosti.
Letadlo plné cestujících nebo automobilu lze považovat za systémy a mezi jejich proměnné patří kromě hmotnosti a teploty také množství paliva, zeměpisná poloha, rychlost, zrychlení a samozřejmě mnoho dalšího..
Pokud lze definovat tolik proměnných, kdy je proměnná považována za stav? Za takové jsou považovány ty, ve kterých nezáleží na procesu, kterým proměnná získává svou hodnotu..
Na druhou stranu, když povaha transformace ovlivňuje konečnou hodnotu proměnné, již se nepovažuje za stavovou proměnnou. Důležitými příklady jsou práce a teplo.
Znalost stavových proměnných umožňuje fyzicky popsat systém v daném čase tnebo. Díky zkušenostem jsou vytvářeny matematické modely, které popisují jejich vývoj v čase a předpovídají stav v čase t> tnebo.
Rejstřík článků
V případě plynu, což je systém často studovaný v termodynamice, je Hmotnost Je to jedna z hlavních a základních stavových proměnných jakéhokoli systému. Souvisí to s množstvím hmoty, kterou obsahuje. V mezinárodním systému se měří v kg.
Hmotnost je v systému velmi důležitá a termodynamické vlastnosti se klasifikují podle toho, zda na ní závisí nebo ne:
-Intenzivní: jsou nezávislé na hmotnosti a velikosti, například teplotě, tlaku, viskozitě a obecně těch, které odlišují jeden systém od druhého.
-Rozsáhlé: ty, které se liší velikostí systému a jeho hmotností, jako je hmotnost, délka a objem.
-Specifické: ty získané vyjádřením rozsáhlých vlastností na jednotku hmotnosti. Mezi nimi je měrná hmotnost a měrný objem.
Chcete-li rozlišit mezi typy proměnných, představte si rozdělení systému na dvě stejné části: pokud velikost zůstane v každé stejná, jedná se o intenzivní proměnnou. Pokud tomu tak není, jeho hodnota se sníží o polovinu.
Je to prostor obsazený systémem. Jednotkou objemu v mezinárodním systému je metr krychlový: m3. Mezi další široce používané jednotky patří kubické palce, kubické stopy a litr..
Je to skalární velikost daná kvocientem mezi kolmou složkou síly působící na tělo a jeho oblastí. Jednotkou tlaku v mezinárodním systému je newton / mdva nebo Pascal (Pa).
Kromě Pascalu má tlak řadu jednotek, které se používají podle rozsahu. Patří mezi ně psi, atmosféra (atm), bary a milimetry rtuti (mmHg)..
Ve své interpretaci na mikroskopické úrovni je teplota mírou kinetické energie molekul, které tvoří studovaný plyn. A na makroskopické úrovni udává směr tepelného toku při kontaktu dvou systémů.
Jednotkou teploty v mezinárodním systému je Kelvin (K) a existují také stupnice Celsia (° C) a Fahrenheita (° F)..
V této části budou rovnice použity k získání hodnot proměnných, když je systém v konkrétní situaci. Jedná se o stavové rovnice.
Stavová rovnice je matematický model, který využívá stavové proměnné a modeluje chování systému. Ideální plyn je navržen jako předmět studia, který se skládá ze sady molekul schopných se volně pohybovat, ale bez vzájemné interakce..
Navrhovaná stavová rovnice pro ideální plyny je:
P.V = N.k.T.
Kde P je to tlak, PROTI je objem, N je počet molekul a k je Boltzmannova konstanta.
Nafoukli jste pneumatiky svého automobilu na tlak doporučený výrobcem 3,21 × 105 Pa, na místě, kde byla teplota -5,00 ° C, ale teď chce jít na pláž, kde je 28 ° C. Se zvyšující se teplotou se objem pneumatiky zvýšil o 3%.
Najděte konečný tlak v pneumatice a uveďte, zda překročil toleranci danou výrobcem, která nesmí překročit 10% doporučeného tlaku.
K dispozici je ideální model plynu, proto se předpokládá, že vzduch v pneumatikách bude dodržovat danou rovnici. Rovněž se předpokládá, že v pneumatikách nedochází k úniku vzduchu, takže počet krtků je konstantní:
počáteční počet molekul (při -5 ° C) = konečný počet molekul (při 28 ° C)
(P.V / k .T) počáteční = (P.V / k.T)finále
Zahrnuta je podmínka, že se konečný objem zvýšil o 3%:
(P.V / T) počáteční= 1,03 Vpočáteční (P / T)finále
Známá data se nahradí a konečný tlak se vyčistí. Důležité: teplota musí být vyjádřena v Kelvinech: T(K) = T (° C) + 273,15
(P / T) finále = (P / T) počáteční /1.03 = (3,21 × 105 Pa / (-5 + 273,15 K)) / 1,03 = 1,16 x 103 Pa / K.
P finále = (28 + 273,15 K) X1.16 X 103 Pa / K = 3,5 x 105 Pa.
Výrobce uvedl, že tolerance je 10%, proto je maximální hodnota tlaku:
P maximum = 3,21 × 105 Pa + 0,1 x 3,21 × 105 Pa = 3,531 × 105 Pa
Můžete bezpečně cestovat na pláž, alespoň pokud jde o pneumatiky, protože jste nepřekročili stanovenou mez tlaku.
Ideální plyn má objem 30 litrů při teplotě 27 ° C a jeho tlaku 2 atm. Udržujte konstantní tlak a najděte jeho objem, když teplota dosáhne -13 ° C.
Jedná se o proces s konstantním tlakem (izobarický proces). V takovém případě se stavová rovnice ideálního plynu zjednodušuje na:
P počáteční = P finále
(N.k.T / V)počáteční= (N.k.T / V)finále
(TELEVIZE) počáteční= (T / V) finále
Tento výsledek je znám jako Charlesův zákon. Dostupné údaje jsou:
PROTI počáteční = 30 l; Tpočáteční = 27 ° C = (27 + 273,15 K) = 300,15 K; T finále = (- 13 + 273,15 K) = 260,15 K.
Řešení a nahrazení:
PROTI finále = V počáteční . (T. finále / T počáteční) = 30 l (260,15 K) / (300,15 K) = 26 litrů.
Zatím žádné komentáře