Vrste i primjeri termodinamičkih procesa



termodinamički procesi to su fizičke ili kemijske pojave koje uključuju protok topline (energije) ili rad između sustava i njegove okoline. Kada govorimo o toplini, racionalno dolazi na pamet slika vatre, koja je manifestacija par excellence procesa koji oslobađa puno toplinske energije..

Sustav može biti makroskopski (vlak, raketa, vulkan) i mikroskopski (atomi, bakterije, molekule, kvantne točke itd.). To je odvojeno od ostatka svemira da bi se uzelo u obzir toplina ili rad koji to ulazi ili izlazi.

Međutim, ne postoji samo toplinski tok, već i sustavi mogu generirati promjene u nekoj promjenjivoj okolini kao odgovor na razmatrani fenomen. Prema termodinamičkim zakonima, mora postojati kompenzacija između odgovora i topline tako da se materija i energija uvijek čuvaju.

Navedeno vrijedi za makroskopske i mikroskopske sustave. Razlika između prve i posljednje su varijable za koje se smatra da definiraju njihova energetska stanja (u biti, početno i konačno).

Međutim, termodinamički modeli nastoje povezati oba svijeta kontroliranjem varijabli kao što su tlak, volumen i temperatura sustava, zadržavajući neke od tih konstanti za proučavanje učinka drugih..

Prvi model koji dopušta ovu aproksimaciju je onaj idealnih plinova (PV = nRT), gdje je n broj molova, da se pri dijeljenju volumena V dobije molarni volumen..

Zatim, izražavajući promjene između sustava ovisno o tim varijablama, druge se mogu definirati kao rad (PV = W), neophodan za strojeve i industrijske procese.

S druge strane, drugi tip termodinamičke varijable je od većeg interesa za kemijske pojave. Oni su izravno povezani s oslobađanjem ili apsorpcijom energije i ovise o intrinzičnoj prirodi molekula: nastanak i vrste veza.

indeks

  • 1 Sustavi i pojave u termodinamičkim procesima
    • 1.1 Fizički i kemijski fenomeni
    • 1.2. Primjeri fizikalnih pojava
    • 1.3 Primjeri kemijskih pojava
  • 2 Vrste i primjeri termodinamičkih procesa
    • 2.1 Adijabatski procesi
    • 2.2 Izotermni procesi
    • 2.3 Izobarni procesi
    • 2.4. Isohorni procesi
  • 3 Reference

Sustavi i pojave u termodinamičkim procesima

Na gornjoj slici prikazana su tri tipa sustava: zatvoreni, otvoreni i adijabatski.

U zatvorenom sustavu ne postoji prijenos materije između njega i njegove okoline, tako da bez obzira može ući ili izaći; međutim, energija može prijeći granice kutije. Drugim riječima: F fenomen može osloboditi ili apsorbirati energiju, mijenjajući tako ono što je izvan okvira.

S druge strane, u otvorenom sustavu horizonti sustava imaju svoje točkaste linije, što znači da i energija i materija mogu doći i proći između toga i okoline.

Konačno, u izoliranom sustavu razmjena tvari i energije između njega i okoline je nula; zbog toga je na slici treća kutija zatvorena u mjehurić. Potrebno je razjasniti da okolica može biti ostatak svemira, te da je studija ona koja definira koliko daleko treba razmotriti opseg sustava.

Fizički i kemijski fenomeni

Što je specifično fenomen F? Označeno slovom F i unutar žutog kruga, fenomen je promjena koja se događa i može biti fizička modifikacija materije, ili njezina transformacija.

U čemu je razlika? Kratko: prvi ne prekida ili ne stvara nove veze, dok drugi ne.

Prema tome, može se smatrati termodinamički proces prema tome je li ta pojava fizička ili kemijska. Međutim, obje imaju zajedničku promjenu u nekom molekularnom ili atomskom svojstvu.

Primjeri fizičkih fenomena

Zagrijavanje vode u loncu uzrokuje povećanje kolizija između njegovih molekula, do točke gdje je tlak njegove pare jednak atmosferskom tlaku, a zatim dolazi do promjene faze iz tekućine u plin. Drugim riječima: voda isparava.

Ovdje molekule vode ne lome nijednu od njihovih veza, ali se podvrgavaju energetskim promjenama; ili što je isto, unutarnja energija U vode je modificirana.

Koje su termodinamičke varijable za ovaj slučaj? Atmosferski tlak Pex, temperatura koja nastaje izgaranjem plina za kuhanje i volumenom vode.

Atmosferski tlak je konstantan, ali temperatura vode nije, jer se zagrijava; niti volumen, jer se njegove molekule šire u prostoru. Ovo je primjer fizičke pojave u izobarnom procesu; to jest, termodinamički sustav pri konstantnom tlaku.

Što ako stavite vodu s nekim grahom u lonac pod pritiskom? U tom slučaju volumen ostaje konstantan (sve dok se tlak ne otpušta pri kuhanju zrna), ali se tlak i temperatura mijenjaju..

To je zbog toga što proizvedeni plin ne može pobjeći i vrti se na zidovima lonca i površini tekućine. Govorimo o drugom fizičkom fenomenu, ali unutar jednog izohoričnog procesa.

Primjeri kemijskih fenomena

Spomenuto je da postoje termodinamičke varijable svojstvene mikroskopskim čimbenicima, kao što je molekularna ili atomska struktura. Koje su to varijable? Entalpija (H), entropija (S), unutarnja energija (U) i slobodna energija Gibbsa (S).

Ove suštinske varijable materije definirane su i izražene makroskopskim termodinamičkim varijablama (P, T i V), prema odabranom matematičkom modelu (općenito idealnom modelu plina). Zahvaljujući tome mogu se napraviti termodinamičke studije kemijskih fenomena.

Na primjer, želimo proučiti kemijsku reakciju tipa A + B => C, ali se reakcija događa samo na temperaturi od 70 ° C. Osim toga, na temperaturama iznad 100 ° C, umjesto proizvodnje C, D nastaje.

Pod tim uvjetima, reaktor (sklop u kojem se provodi reakcija) mora jamčiti stalnu temperaturu oko 70 ° C, tako da je proces izotermalan.

Tipovi i primjeri termodinamičkih procesa

Adijabatski procesi

To su one u kojima ne postoji neto transfer između sustava i njegove okoline. To je dugoročno zajamčeno izoliranim sustavom (okvir unutar balona).

Primjeri

Primjer za to su kalorimetri koji određuju količinu topline koja se oslobađa ili apsorbira iz kemijske reakcije (izgaranje, otapanje, oksidacija, itd.).

Unutar fizičkih pojava je pokret koji stvara vrući plin zbog pritiska na klipove. Isto tako, kada struja zraka pritisne na površinu zemlje, njezina se temperatura povećava jer je prisiljena širiti se.

S druge strane, ako je druga površina plinovita i ima manju gustoću, njezina će se temperatura smanjiti kada se osjeća viši tlak, prisiljavajući njegove čestice da se kondenziraju..

Adijabatski procesi idealni su za mnoge industrijske procese, pri čemu niži gubitak topline podrazumijeva niže performanse koje se odražavaju u troškovima. Da bi se to smatralo, toplinski tok mora biti nula ili količina topline koja ulazi mora biti jednaka količini koja ulazi u sustav..

Izotermni procesi

Izotermni procesi su svi oni u kojima temperatura sustava ostaje konstantna. To se radi radeći tako da se ostale varijable (P i V) mijenjaju s vremenom.

Primjeri

Primjeri ovog tipa termodinamičkog procesa su bezbrojni. U biti, mnogo se stanične aktivnosti odvija na konstantnoj temperaturi (razmjena iona i vode kroz stanične membrane). U kemijskim reakcijama, svi oni koji uspostavljaju toplinske ravnoteže smatraju se izotermnim procesima.

Ljudski metabolizam uspijeva održati stalnu tjelesnu temperaturu (oko 37 ° C) kroz širok raspon kemijskih reakcija. To se postiže zahvaljujući energiji koja se dobiva iz hrane.

Promjene faza također su izotermni procesi. Na primjer, kada se tekućina zamrzne, oslobađa toplinu, sprječavajući da se temperatura spusti sve dok se u potpunosti ne uklopi u čvrstu fazu. Kada se to dogodi, temperatura se može nastaviti smanjivati, jer krutina više ne oslobađa energiju.

U onim sustavima koji uključuju idealne plinove promjena unutarnje energije U je nula, tako da se sva toplina koristi za obavljanje posla.

Izobarni procesi

U tim procesima tlak u sustavu ostaje konstantan, mijenjajući njegov volumen i temperaturu. Općenito, mogu se pojaviti u sustavima otvorenim za atmosferu ili u zatvorenim sustavima čije se granice mogu deformirati povećanjem volumena, kako bi se spriječilo povećanje tlaka.

Primjeri

U cilindrima unutar motora, kada se plin zagrijava, on gura klip, koji mijenja volumen sustava.

Ako to nije slučaj, tlak će se povećati, jer sustav nema načina da smanji sudare plinovitih vrsta na zidovima cilindra..

Isochoric procesa

U izohoričnim procesima volumen ostaje konstantan. Također se može smatrati onima u kojima sustav ne stvara rad (W = 0).

U osnovi, to su fizikalni ili kemijski fenomeni koji se proučavaju u bilo kojem spremniku, bilo uz agitaciju ili ne.

Primjeri

Primjeri ovih postupaka su kuhanje hrane, priprema kave, hlađenje bočice sladoleda, kristalizacija šećera, otapanje malo topljivog taloga, kromatografija ionske izmjene, između ostalih..

reference

  1. Jones, Andrew Zimmerman. (17. rujna 2016.) Što je termodinamički proces? Preuzeto s: thoughtco.com
  2. J. Wilkes. (2014). Termodinamički procesi. [PDF]. Preuzeto s: courses.washington.edu
  3. Studija (9. kolovoza 2016.). Termodinamički procesi: izobarni, izohorični, izotermni i adijabatski. Preuzeto s: study.com
  4. Kevin Wandrei (2018.). Koji su neki svakodnevni primjeri prvog i drugog zakona termodinamike? Hearst Seattle Media, LLC. Preuzeto s: education.seattlepi.com
  5. Lambert. (2006). Drugi zakon termodinamike. Preuzeto iz: entropysite.oxy.edu
  6. 15 Termodinamika. [PDF]. Preuzeto iz: wright.edu