Chia sẻ:
Các loại quy trình nhiệt động
các quá trình nhiệt động chúng là những hiện tượng vật lý hoặc hóa học liên quan đến một dòng nhiệt (năng lượng) hoặc hoạt động giữa một hệ thống và môi trường xung quanh. Khi nói về nhiệt, lý trí là hình ảnh của lửa, đó là biểu hiện tuyệt vời của một quá trình giải phóng rất nhiều năng lượng nhiệt.
Hệ thống này có thể là cả vĩ mô (tàu hỏa, tên lửa, núi lửa) và kính hiển vi (nguyên tử, vi khuẩn, phân tử, chấm lượng tử, v.v.). Điều này được tách ra khỏi phần còn lại của vũ trụ để xem xét sức nóng hoặc công việc xâm nhập hoặc rời khỏi đây.
Tuy nhiên, không chỉ có dòng nhiệt tồn tại mà các hệ thống cũng có thể tạo ra những thay đổi trong một số biến của môi trường của chúng để đáp ứng với hiện tượng được xem xét. Theo định luật nhiệt động lực học, phải có sự bù giữa phản ứng và nhiệt để vật chất và năng lượng luôn được bảo toàn.
Trên đây là hợp lệ cho các hệ thống vĩ mô và vi mô. Sự khác biệt giữa đầu tiên và cuối cùng là các biến được coi là xác định trạng thái năng lượng của chúng (về bản chất, ban đầu và cuối cùng).
Tuy nhiên, các mô hình nhiệt động lực nhằm mục đích kết nối cả hai thế giới bằng cách kiểm soát các biến như áp suất, thể tích và nhiệt độ của các hệ thống, giữ một số hằng số này để nghiên cứu ảnh hưởng của các thế giới khác.
Mô hình đầu tiên cho phép tính gần đúng này là các khí lý tưởng (PV = nRT), trong đó n là số mol, khi chia giữa thể tích V, thể tích mol thu được.
Sau đó, biểu thị các thay đổi giữa hệ thống xung quanh tùy thuộc vào các biến này, các biến khác có thể được định nghĩa là công việc (PV = W), không thể thiếu đối với máy móc và quy trình công nghiệp.
Mặt khác, một loại biến nhiệt động khác được quan tâm nhiều hơn cho các hiện tượng hóa học. Chúng liên quan trực tiếp đến việc giải phóng hoặc hấp thụ năng lượng và phụ thuộc vào bản chất bên trong của các phân tử: sự hình thành và các loại liên kết.
Chỉ số
- 1 Hệ thống và hiện tượng trong các quá trình nhiệt động
- 1.1 Hiện tượng vật lý và hóa học
- 1.2 Ví dụ về hiện tượng vật lý
- 1.3 Ví dụ về hiện tượng hóa học
- 2 loại và ví dụ về các quá trình nhiệt động
- 2.1 Quá trình đáng tin cậy
- 2.2 Các quá trình đẳng nhiệt
- 2.3 Các quá trình đẳng áp
- 2.4 Các quá trình Isochoric
- 3 tài liệu tham khảo
Các hệ thống và hiện tượng trong các quá trình nhiệt động
Trong hình trên, ba loại hệ thống được thể hiện: đóng, mở và đáng tin cậy.
Trong hệ thống khép kín, không có sự chuyển giao vật chất giữa nó và môi trường xung quanh, do đó không có vấn đề gì có thể vào hoặc thoát; tuy nhiên, năng lượng có thể vượt qua biên giới của hộp. Nói cách khác: hiện tượng F có thể giải phóng hoặc hấp thụ năng lượng, do đó sửa đổi những gì nằm ngoài hộp.
Mặt khác, trong hệ thống mở, các chân trời của hệ thống có các đường chấm chấm của chúng, điều đó có nghĩa là cả năng lượng và vật chất có thể đến và đi giữa điều này và môi trường xung quanh.
Cuối cùng, trong một hệ thống biệt lập, sự trao đổi vật chất và năng lượng giữa nó và môi trường xung quanh là vô giá trị; vì lý do này, trong hình ảnh, hộp thứ ba được đặt trong một bong bóng. Cần phải làm rõ rằng môi trường xung quanh có thể là phần còn lại của vũ trụ và nghiên cứu là nghiên cứu xác định phạm vi của hệ thống bao xa.
Hiện tượng vật lý và hóa học
Cụ thể hiện tượng F là gì? Được biểu thị bằng chữ F và trong vòng tròn màu vàng, hiện tượng là một sự thay đổi diễn ra và có thể là sự biến đổi vật lý của vật chất, hoặc sự biến đổi của nó.
Sự khác biệt là gì? Một cách ngắn gọn: cái đầu tiên không phá vỡ hoặc tạo liên kết mới, trong khi cái thứ hai thì không.
Do đó, một quá trình nhiệt động lực học có thể được xem xét tùy theo hiện tượng là vật lý hay hóa học. Tuy nhiên, cả hai đều có điểm chung là thay đổi một số tính chất phân tử hoặc nguyên tử.
Ví dụ về hiện tượng vật lý
Đun nóng nước trong nồi gây ra sự gia tăng va chạm giữa các phân tử của nó, đến mức áp suất hơi của nó bằng áp suất khí quyển, và sau đó xảy ra sự thay đổi pha từ lỏng sang khí. Nói cách khác: nước bay hơi.
Ở đây, các phân tử nước không phá vỡ bất kỳ liên kết nào của chúng, nhưng chúng trải qua những thay đổi năng lượng; hoặc giống nhau, năng lượng bên trong U của nước bị biến đổi.
Các biến nhiệt động cho trường hợp này là gì? Áp suất khí quyển Ptrước đây, Nhiệt độ được tạo ra từ quá trình đốt cháy khí nấu và thể tích nước.
Áp suất khí quyển không đổi, nhưng nhiệt độ của nước thì không, vì nó được làm nóng; cũng không phải khối lượng, bởi vì các phân tử của nó mở rộng trong không gian. Đây là một ví dụ về một hiện tượng vật lý trong một quy trình đẳng áp; đó là, một hệ thống nhiệt động ở áp suất không đổi.
Điều gì nếu bạn đặt nước với một số đậu trong nồi áp suất? Trong trường hợp này, âm lượng không đổi (miễn là áp suất không được giải phóng khi nấu các loại ngũ cốc), nhưng áp suất và nhiệt độ thay đổi.
Điều này là do khí được tạo ra không thể thoát ra và quay tròn trên thành của nồi và bề mặt của chất lỏng. Chúng ta đang nói về một hiện tượng vật lý khác nhưng trong một quá trình đẳng tích.
Ví dụ về hiện tượng hóa học
Nó đã được đề cập rằng có các biến nhiệt động vốn có của các yếu tố vi mô, chẳng hạn như cấu trúc phân tử hoặc nguyên tử. Những biến này là gì? Entanpi (H), entropy (S), năng lượng bên trong (U) và năng lượng tự do của Gibbs (S).
Các biến số nội tại của vật chất được xác định và thể hiện dưới dạng các biến nhiệt động học vĩ mô (P, T và V), theo mô hình toán học đã chọn (nói chung là mô hình khí lý tưởng). Nhờ các nghiên cứu nhiệt động này có thể được thực hiện cho các hiện tượng hóa học.
Ví dụ, chúng tôi muốn nghiên cứu một phản ứng hóa học loại A + B => C, nhưng phản ứng chỉ xảy ra ở nhiệt độ 70 ° C. Ngoài ra, ở nhiệt độ trên 100 ° C, thay vì tạo ra C, D được tạo ra.
Trong các điều kiện này, lò phản ứng (tổ hợp nơi thực hiện phản ứng) phải đảm bảo nhiệt độ không đổi khoảng 70 ° C, vì vậy quá trình này là đẳng nhiệt.
Các loại và ví dụ về các quá trình nhiệt động
Quá trình đáng tin cậy
Họ là những người trong đó không có chuyển giao ròng giữa hệ thống và môi trường xung quanh. Điều này về lâu dài được đảm bảo bởi một hệ thống cô lập (hộp bên trong bong bóng).
Ví dụ
Một ví dụ về điều này là nhiệt lượng kế, xác định lượng nhiệt giải phóng hoặc hấp thụ từ phản ứng hóa học (đốt cháy, hòa tan, oxy hóa, v.v.).
Trong các hiện tượng vật lý là sự chuyển động tạo ra khí nóng do áp lực tác động lên các pít-tông. Tương tự như vậy, khi một luồng không khí ép lên bề mặt đất, nhiệt độ của nó tăng lên vì nó buộc phải mở rộng.
Mặt khác, nếu bề mặt kia là khí và có mật độ thấp hơn, nhiệt độ của nó sẽ giảm khi cảm thấy áp suất cao hơn, buộc các hạt của nó ngưng tụ.
Các quy trình tính toán là lý tưởng cho nhiều quy trình công nghiệp, trong đó tổn thất nhiệt thấp hơn hàm ý hiệu suất thấp hơn được phản ánh trong chi phí. Để xem xét nó như vậy, lưu lượng nhiệt phải bằng không hoặc lượng nhiệt đi vào phải bằng với lượng đi vào hệ thống..
Quá trình đẳng nhiệt
Các quá trình đẳng nhiệt là tất cả những quá trình mà nhiệt độ của hệ thống không đổi. Điều này được thực hiện bằng cách thực hiện công việc để các biến khác (P và V) thay đổi theo thời gian.
Ví dụ
Ví dụ về loại quá trình nhiệt động này là vô số. Về bản chất, nhiều hoạt động của tế bào diễn ra ở nhiệt độ không đổi (trao đổi ion và nước qua màng tế bào). Trong các phản ứng hóa học, tất cả những người thiết lập cân bằng nhiệt được coi là quá trình đẳng nhiệt.
Sự trao đổi chất của con người quản lý để duy trì nhiệt độ cơ thể không đổi (khoảng 37 ° C) thông qua một loạt các phản ứng hóa học. Điều này đạt được nhờ năng lượng thu được từ thực phẩm.
Thay đổi pha cũng là quá trình đẳng nhiệt. Ví dụ, khi chất lỏng đóng băng, nó giải phóng nhiệt, ngăn nhiệt độ giảm cho đến khi hoàn toàn ở pha rắn. Một khi điều này xảy ra, nhiệt độ có thể tiếp tục giảm, vì chất rắn không còn giải phóng năng lượng.
Trong các hệ thống liên quan đến khí lý tưởng, sự thay đổi của năng lượng bên trong U bằng không, vì vậy tất cả nhiệt lượng được sử dụng để thực hiện công việc.
Quá trình isobaric
Trong các quá trình này, áp suất trong hệ thống không đổi, thay đổi thể tích và nhiệt độ của nó. Nói chung, chúng có thể xảy ra trong các hệ thống mở ra ngoài khí quyển, hoặc trong các hệ thống kín có giới hạn có thể bị biến dạng do sự tăng thể tích, để chống lại sự gia tăng áp lực.
Ví dụ
Trong các xi lanh bên trong động cơ, khi khí được làm nóng, nó đẩy pít-tông, điều chỉnh âm lượng của hệ thống.
Nếu đây không phải là trường hợp, áp lực sẽ tăng lên, vì hệ thống không có cách nào để giảm sự va chạm của các loài khí trên thành của xi lanh..
Quá trình Isochoric
Trong các quá trình đẳng tốc, âm lượng không đổi. Nó cũng có thể được coi là những người trong đó hệ thống không tạo ra công việc (W = 0).
Về cơ bản, chúng là những hiện tượng vật lý hoặc hóa học được nghiên cứu bên trong bất kỳ vật chứa nào, dù có kích động hay không.
Ví dụ
Ví dụ về các quá trình này là nấu thức ăn, pha chế cà phê, làm lạnh chai kem, kết tinh đường, hòa tan một ít kết tủa hòa tan, sắc ký trao đổi ion, trong số những thứ khác..
Tài liệu tham khảo
- Jones, Andrew Zimmerman. (Ngày 17 tháng 9 năm 2016). Một quá trình nhiệt động lực là gì? Lấy từ: thinkco.com
- J. Wilkes. (2014). Các quá trình nhiệt động. [PDF] Lấy từ: khóa học.washington.edu
- Học (ngày 9 tháng 8 năm 2016). Các quá trình nhiệt động lực học: Isobaric, Isochoric, đẳng nhiệt & Adiabatic. Lấy từ: học.com
- Kevin Wandrei (2018). Một số ví dụ hàng ngày về các định luật nhiệt động lực học thứ nhất và thứ hai là gì? Nghe tin Seattle Media, LLC. Lấy từ: giáo dục.seatussypi.com
- Lambert. (2006). Định luật thứ hai của nhiệt động lực học. Lấy từ: entropysite.oxy.edu
- 15 Nhiệt động lực học. [PDF] Lấy từ: wright.edu