دعونا نفكر في ميزات الأنظمة الديناميكية الحرارية. تُفهم عادةً على أنها أشكال عيانية فيزيائية تتكون من عدد كبير من الجسيمات، والتي لا تعني استخدام كل جسيم على حدة لوصف الخصائص العيانية.
لا توجد قيود على طبيعة جزيئات المواد التي تشكل المكونات المكونة لهذه الأنظمة. ويمكن تقديمها في شكل جزيئات، ذرات، أيونات، إلكترونات، فوتونات.
الخصائص
دعونا نحلل الخصائص المميزة للأنظمة الديناميكية الحرارية. ومن الأمثلة على ذلك أي جسم يمكن ملاحظته دون استخدام التلسكوبات أو المجاهر. لإعطاء وصف كامل لمثل هذا النظام، يتم اختيار التفاصيل العيانية، والتي بفضلها يمكن تحديد الحجم والضغط ودرجة الحرارة والاستقطاب الكهربائي والحث المغناطيسي والتركيب الكيميائي وكتلة المكونات.
بالنسبة لأي أنظمة ديناميكية حرارية، هناك حدود مشروطة أو حقيقية تفصلها عن البيئة. بدلا من ذلك، غالبا ما يتم استخدام مفهوم منظم الحرارة، الذي يتميز بهذه السعة الحرارية العالية التي في حالة التبادل الحراري مع النظام الذي تم تحليله، يظل مؤشر درجة الحرارة دون تغيير.
تصنيف النظام
دعونا نفكر في ما هو تصنيف الأنظمة الديناميكية الحرارية. اعتمادًا على طبيعة تفاعلها مع البيئة، من المعتاد التمييز بين:
- الأنواع المعزولة التي لا تتبادل المادة أو الطاقة مع البيئة الخارجية؛
- معزولة بشكل ثابت، لا تتبادل المادة مع البيئة الخارجية، ولكنها تدخل في تبادل العمل أو الطاقة؛
- لا تحتوي الأنظمة الديناميكية الحرارية المغلقة على تبادل للمادة، ولا يُسمح إلا بتغييرات في كمية الطاقة؛
- تتميز الأنظمة المفتوحة بالنقل الكامل للطاقة والمادة؛
- قد تحتوي الأجزاء المفتوحة جزئيًا على أقسام شبه منفذة، وبالتالي لا تشارك بشكل كامل في تبادل المواد.
اعتمادا على الوصف، يمكن تقسيم معلمات النظام الديناميكي الحراري إلى خيارات معقدة وبسيطة.
مميزات الأنظمة البسيطة
تسمى الأنظمة البسيطة حالات التوازن، والتي يمكن تحديد حالتها الفيزيائية من خلال حجم معين ودرجة الحرارة والضغط. ومن أمثلة الأنظمة الديناميكية الحرارية من هذا النوع الأجسام المتناحية التي لها خصائص متساوية في اتجاهات ونقاط مختلفة. وبالتالي فإن السوائل والمواد الغازية والمواد الصلبة التي تكون في حالة توازن ديناميكي حراري لا تتعرض للقوى الكهرومغناطيسية والجاذبية والتوتر السطحي والتحولات الكيميائية. يعتبر تحليل الأجسام البسيطة في الديناميكا الحرارية مهمًا وذا صلة من الناحية العملية والنظرية.
ترتبط الطاقة الداخلية لنظام ديناميكي حراري من هذا النوع بالعالم المحيط. عند الوصف، يتم استخدام عدد الجزيئات وكتلة مادة كل مكون على حدة.
أنظمة معقدة
تشمل الأنظمة الديناميكية الحرارية المعقدة الأنظمة الديناميكية الحرارية التي لا تندرج تحت الأنواع البسيطة. على سبيل المثال، هي المغناطيس، والعوازل، والأجسام المرنة الصلبة، والموصلات الفائقة، وواجهات الطور، والإشعاع الحراري، والأنظمة الكهروكيميائية. كمعلمات تستخدم لوصفها، نلاحظ مرونة الزنبرك أو القضيب، وواجهة الطور، والإشعاع الحراري.
النظام الفيزيائي هو مجموعة لا يوجد فيها تفاعل كيميائي بين المواد ضمن حدود درجة الحرارة والضغط المختارة للبحث. والأنظمة الكيميائية هي تلك الخيارات التي تنطوي على التفاعل بين مكوناتها الفردية.
تعتمد الطاقة الداخلية للنظام الديناميكي الحراري على عزلته عن العالم الخارجي. على سبيل المثال، كبديل للقذيفة الأديباتية، يمكن للمرء أن يتخيل سفينة ديوار. يتجلى الطابع المتجانس في النظام الذي تكون فيه جميع المكونات لها خصائص متشابهة. ومن الأمثلة عليها المحاليل الغازية والصلبة والسائلة. والمثال النموذجي للمرحلة الغازية المتجانسة هو الغلاف الجوي للأرض.
ميزات الديناميكا الحرارية
يتناول هذا القسم من العلوم دراسة الأنماط الأساسية للعمليات المرتبطة بإطلاق الطاقة وامتصاصها. تتضمن الديناميكا الحرارية الكيميائية دراسة التحولات المتبادلة للأجزاء المكونة للنظام، وإنشاء أنماط انتقال نوع من الطاقة إلى نوع آخر في ظل ظروف معينة (الضغط ودرجة الحرارة والحجم).
يمكن تمثيل النظام الذي هو موضوع البحث الديناميكي الحراري في شكل أي جسم طبيعي، بما في ذلك عدد كبير من الجزيئات التي يتم فصلها بواسطة واجهة مع كائنات حقيقية أخرى. حالة النظام تعني مجمل خصائصه، التي تجعل من الممكن تحديده من وجهة نظر الديناميكا الحرارية.
خاتمة
في أي نظام، يلاحظ الانتقال من نوع واحد من الطاقة إلى آخر، ويتم إنشاء التوازن الديناميكي الحراري. إن قسم الفيزياء الذي يتناول الدراسة التفصيلية للتحولات والتغيرات والحفاظ على الطاقة له أهمية خاصة. على سبيل المثال، في علم الحركة الكيميائية، من الممكن ليس فقط وصف حالة النظام، ولكن أيضًا حساب الظروف التي تساهم في إزاحته في الاتجاه المطلوب.
قانون هيس، الذي يربط بين المحتوى الحراري والإنتروبيا للتحول قيد النظر، يجعل من الممكن تحديد إمكانية حدوث تفاعل عفوي وحساب كمية الحرارة المنطلقة (الممتصة) بواسطة نظام ديناميكي حراري.
الكيمياء الحرارية، المبنية على مبادئ الديناميكا الحرارية، لها أهمية عملية. بفضل هذا القسم من الكيمياء، يتم إجراء الحسابات الأولية لكفاءة استهلاك الوقود وإمكانية إدخال تقنيات معينة في الإنتاج الفعلي في الإنتاج. تتيح المعلومات التي تم الحصول عليها من الديناميكا الحرارية تطبيق ظواهر المرونة والكهرباء الحرارية واللزوجة والمغنطة في الإنتاج الصناعي للمواد المختلفة.
النظام الديناميكي الحراري
النظام الديناميكي الحراري
مجموعة مجهرية الهيئات التي يمكنها التفاعل مع بعضها البعض ومع الهيئات الأخرى (البيئة الخارجية) - تتبادل معها الطاقة والمواد. ت.س. يتكون من عدد كبير من الجسيمات الهيكلية (الذرات والجزيئات) بحيث يمكن وصف حالته بالعين المجردة. المعلمات: الكثافة والضغط وتركيز المواد التي تشكل T.s، وما إلى ذلك.
التوازن الديناميكي الحراري)، إذا لم تتغير معلمات النظام بمرور الوقت ولا توجد مادة في النظام. التدفقات الثابتة (الحرارة، الماء، الخ). لتحقيق التوازن T.s. يتم تقديم مفهوم درجة الحرارة كمعلمة لها نفس القيمة لجميع الكائنات العيانية. أجزاء من النظام. عدد المعلمات المستقلة للدولة يساوي عدد درجات حرية T.S. ويمكن التعبير عن المعلمات المتبقية من حيث المعلمات المستقلة باستخدام معادلة الحالة. قديسي التوازن ت. دراسات عمليات التوازن (الحرارة)؛ قدس الأنظمة غير المتوازنة - .
تعتبر الديناميكا الحرارية: الأنظمة الحرارية المغلقة التي لا تتبادل المواد مع الأنظمة الأخرى، ولكنها تتبادل المواد والطاقة مع الأنظمة الأخرى؛ أنظمة T. adiabatic، والتي تغيب فيها عن الأنظمة الأخرى؛ الأنظمة المعزولة التي لا تتبادل الطاقة أو المواد مع الأنظمة الأخرى. إذا لم يكن النظام معزولاً، فقد تتغير حالته؛ التغيير في حالة T. s. مُسَمًّى عملية الديناميكا الحرارية. ت.س. يمكن أن تكون متجانسة جسديا (نظام متجانس) وغير متجانسة (نظام غير متجانس)، وتتكون من عدة. أجزاء متجانسة ذات فيزيائية مختلفة المقدسة لك. نتيجة المرحلة والكيميائية التحولات (انظر مرحلة الانتقال) متجانسة T. s. قد تصبح غير متجانسة والعكس صحيح.
القاموس الموسوعي المادي. - م: الموسوعة السوفيتية. . 1983 .
النظام الديناميكي الحراري
مجموعة مجهرية الأجسام التي يمكنها التفاعل مع بعضها البعض ومع الأجسام الأخرى (البيئة الخارجية) - تتبادل معها الطاقة والمادة. ت.س. يتكون من عدد كبير من الجسيمات الهيكلية (الذرات والجزيئات) بحيث يمكن وصف حالته بالعين المجردة. المعلمات: الكثافة، الضغط، تركيز المواد التي تشكل المواد الصلبة، الخ.
ت.س. في حالة توازن (راجع. التوازن الديناميكي الحراري)،إذا لم تتغير معلمات النظام بمرور الوقت ولا توجد مادة في النظام. التدفقات الثابتة (الحرارة، المادة، الخ). لتحقيق التوازن T.s. تم تقديم المفهوم درجة حرارةكيف معلمة الحالة,لها نفس المعنى لجميع العيانية. أجزاء من النظام. عدد معلمات الحالة المستقلة يساوي العدد درجات الحرية TS، يمكن التعبير عن المعلمات المتبقية من حيث المعلمات المستقلة باستخدام معادلات الحالة.خصائص التوازن T.s. دراسات الديناميكا الحراريةعمليات التوازن (ثرموستاتيا)، خصائص الأنظمة غير المتوازنة - الديناميكا الحرارية للعمليات غير المتوازنة.
تعتبر الديناميكا الحرارية: الأنظمة الديناميكية الحرارية المغلقة التي لا تتبادل المادة مع الأنظمة الأخرى؛ الأنظمة المفتوحة,تبادل المادة والطاقة مع الأنظمة الأخرى؛ d i b b t n e T. s.، حيث لا يوجد تبادل حراري مع الأنظمة الأخرى؛ نظام T. معزول متجانس) وغير متجانس ( نظام غير متجانس)،تتكون من عدة أجزاء متجانسة ذات خصائص فيزيائية مختلفة. ملكيات. نتيجة المرحلة والكيميائية التحولات (انظر المرحلة الانتقالية) متجانسة T. ق. قد تصبح غير متجانسة والعكس صحيح.
مضاءة.:إبشتين ب.س، دورة الديناميكا الحرارية، عبر. من الإنجليزية، M.-L.، 1948؛ ليونتوفيتش M.A.، مقدمة في الديناميكا الحرارية، الطبعة الثانية، M.-L.، 1951؛ Samoilovich A، G.، الديناميكا الحرارية والطبعة الثانية، M.، 1955.
الموسوعة الفيزيائية. في 5 مجلدات. - م: الموسوعة السوفيتية. رئيس التحرير أ. م. بروخوروف. 1988 .
انظر ما هو "النظام الديناميكي الحراري" في القواميس الأخرى:
جسم عياني معزول عن البيئة باستخدام أقسام أو قذائف (يمكن أن تكون أيضًا عقلية أو مشروطة) ويتميز بمعلمات عيانية: الحجم ودرجة الحرارة والضغط وما إلى ذلك. لهذا... ... القاموس الموسوعي الكبير
النظام الديناميكي الحراري- النظام الديناميكي الحراري. النظام مجموعة من الأجسام التي يمكنها التفاعل بشكل طاقي مع بعضها البعض ومع الأجسام الأخرى وتبادل المادة معها... المعجم التوضيحي للمصطلحات البوليتكنيكية
النظام الديناميكي الحراري- مجموعة المادية الأجسام التي يمكنها تبادل الطاقة والمادة مع بعضها البعض ومع الأجسام الأخرى (البيئة الخارجية). ت.س. هو أي نظام يتكون من عدد كبير جداً من الجزيئات والذرات والإلكترونات والجسيمات الأخرى التي لها العديد من ... ... موسوعة البوليتكنيك الكبيرة
النظام الديناميكي الحراري- جسم (مجموعة من الأجسام) قادر على تبادل الطاقة و (أو) المادة مع أجسام أخرى (مع بعضها البعض). [مجموعة من المصطلحات الموصى بها. العدد 103. الديناميكا الحرارية. أكاديمية العلوم في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية. لجنة المصطلحات العلمية والتقنية. 1984... دليل المترجم الفني
النظام الديناميكي الحراري- - جزء من الفضاء مختار بشكل تعسفي يحتوي على مادة أو أكثر ويتم فصله عن البيئة الخارجية بغلاف حقيقي أو مشروط. الكيمياء العامة: كتاب مدرسي / A. V. Zholnin ... المصطلحات الكيميائية
النظام الديناميكي الحراري- جسم مجهري، مفصول عن البيئة بحدود حقيقية أو خيالية، ويمكن وصفه بمعاملات ديناميكية حرارية: الحجم، ودرجة الحرارة، والضغط، وما إلى ذلك. ويوجد معزول،... ... القاموس الموسوعي للمعادن
جسم عياني معزول عن البيئة باستخدام أقسام أو قذائف (يمكن أن تكون أيضًا عقلية أو مشروطة) والتي يمكن وصفها بمعلمات عيانية: الحجم ودرجة الحرارة والضغط وما إلى ذلك. ل... ... القاموس الموسوعي
الديناميكا الحرارية ويكيبيديا
النظام الديناميكي الحراري- حالة النظام الحراري T sritis chemija apibrėžtis Kūnas (kūnų visuma)، التي توفر لك تطبيقات جديدة حقيقية وربحًا مربحًا. السمات: الإنجليزية. النظام الديناميكي الحراري روس. النظام الديناميكي الحراري... الكيمياء تنتهي بالبقاء على قيد الحياة
النظام الديناميكي الحراري- حالة النظام على المدى الطويل: engl. النظام الديناميكي الحراري vok. نظام الديناميكا الحرارية، ن روس. النظام الديناميكي الحراري، و برانك. نظام الديناميكا الحرارية، م … نهاية فيزيكوس žodynas
مقدمة. موضوع الهندسة الحرارية. المفاهيم والتعاريف الأساسية. النظام الديناميكي الحراري. معلمات الدولة. درجة حرارة. ضغط. حجم محدد. معادلة الدولة. معادلة فان دير فالس .
النسبة بين الوحدات:
1 بار = 10 5 باسكال
1 كجم/سم2 (الغلاف الجوي) = 9.8067104 باسكال
1 ملم زئبق st (المليمتر من الزئبق) = 133 باسكال
1 ملم ماء فن. (المليمتر عمود الماء) = 9.8067 باسكال
كثافة - نسبة كتلة المادة إلى الحجم الذي تشغله تلك المادة.
حجم محدد - مقلوب الكثافة، أي. نسبة الحجم الذي تشغله المادة إلى كتلتها.
تعريف: إذا تغير واحد على الأقل من معلمات أي جسم مدرج في النظام في النظام الديناميكي الحراري، فإن النظام يختبر عملية الديناميكا الحرارية .
المعلمات الديناميكية الحرارية الأساسية للدولة ص، الخامس، تتعتمد الأجسام المتجانسة على بعضها البعض وترتبط ببعضها البعض بواسطة معادلة الحالة:
ف (ف، الخامس، ت)
بالنسبة للغاز المثالي، يتم كتابة معادلة الحالة على النحو التالي:
ص- ضغط
ضد- حجم محدد
ت- درجة حرارة
ر- ثابت الغاز (كل غاز له قيمته الخاصة)
إذا كانت معادلة الحالة معروفة، فإنه لتحديد حالة أبسط الأنظمة يكفي معرفة متغيرين مستقلين من أصل 3
ف = f1 (ت، ر)؛ ت = f2 (ف، تي)؛ تي = f3(ت، ف).
غالبًا ما يتم تصوير العمليات الديناميكية الحرارية على الرسوم البيانية للحالة، حيث يتم رسم معلمات الحالة على طول المحاور. تتوافق النقاط الموجودة على مستوى هذا الرسم البياني مع حالة معينة من النظام، وتتوافق الخطوط الموجودة على الرسم البياني مع العمليات الديناميكية الحرارية التي تنقل النظام من حالة إلى أخرى.
لننظر إلى نظام ديناميكي حراري يتكون من جسم واحد من بعض الغازات في وعاء به مكبس، والسفينة والمكبس في هذه الحالة هما البيئة الخارجية.
لنفترض، على سبيل المثال، أن يتم تسخين الغاز في وعاء، هناك حالتان ممكنتان:
1) إذا كان المكبس ثابتا ولم يتغير الحجم فإن الضغط في الوعاء سيزداد. هذه العملية تسمى متساوي اللون(v = const)، يعمل بحجم ثابت؛
أرز. 1.1. العمليات المتساوية في بي تيالإحداثيات: الخامس 1 > الخامس 2 > الخامس 3
2) إذا كان المكبس حرا فإن الغاز الساخن يتمدد عند ضغط ثابت وتسمى هذه العملية متساوي الضغط (ص= const)، يعمل عند ضغط ثابت.
أرز. 1.2 العمليات الأيزوبارية ت - تالإحداثيات: ف1>ف2>ف3
إذا قمت، عن طريق تحريك المكبس، بتغيير حجم الغاز في الوعاء، فإن درجة حرارة الغاز ستتغير أيضًا، ومع ذلك، من خلال تبريد الوعاء أثناء ضغط الغاز والتسخين أثناء التمدد، يمكنك تحقيق أن درجة الحرارة ستكون ثابتة مع التغيرات في الحجم والضغط، تسمى هذه العملية متحاور (ت= ثابت).
أرز. 1.3 العمليات الحرارية ص-تالإحداثيات: ت 1 > ت 2 > ت 3
تسمى العملية التي لا يوجد فيها تبادل حراري بين النظام والبيئة ثابت الحرارةبينما تظل كمية الحرارة في النظام ثابتة ( س= ثابت). في الحياة الواقعية، لا توجد عمليات ثابتة الحرارة لأنه من غير الممكن عزل النظام تمامًا عن البيئة. ومع ذلك، غالبًا ما تحدث العمليات التي يكون فيها التبادل الحراري مع البيئة صغيرًا جدًا، على سبيل المثال، الضغط السريع للغاز في الوعاء بواسطة المكبس، عندما لا يتوفر الوقت لإزالة الحرارة بسبب تسخين المكبس والأوعية.
أرز. 1.4 رسم بياني تقريبي لعملية الأدياباتي ص-تالإحداثيات
التعريف: عملية دائرية (دورة) - هي مجموعة من العمليات التي تعيد النظام إلى حالته الأصلية. يمكن أن يكون هناك أي عدد من العمليات المنفصلة في الحلقة.
يعد مفهوم العملية الدائرية أمرًا أساسيًا بالنسبة لنا في الديناميكا الحرارية، نظرًا لأن تشغيل محطة الطاقة النووية يعتمد على دورة الماء والبخار، بمعنى آخر، يمكننا النظر في تبخر الماء في القلب، ودوران دوار التوربين عن طريق البخار وتكثيف البخار وتدفق الماء إلى القلب كنوع من العملية أو الدورة الديناميكية الحرارية المغلقة.
التعريف: هيئة العمل - كمية معينة من المادة التي تؤدي عملاً مفيدًا من خلال المشاركة في الدورة الديناميكية الحرارية. سائل العمل في محطة مفاعل RBMK هو الماء، والذي، بعد أن يتبخر في القلب على شكل بخار، يعمل في التوربين، مما يؤدي إلى تدوير الدوار.
تعريف: يُطلق على نقل الطاقة في عملية ديناميكية حرارية من جسم إلى آخر، يرتبط بتغير حجم مائع العمل، أو بحركته في الفضاء الخارجي، أو بتغير موضعه عملية العمل .
النظام الديناميكي الحراري
تدرس الديناميكا الحرارية التقنية (t/d) أنماط التحويل المتبادل للحرارة إلى شغل. ويحدد العلاقة بين العمليات الحرارية والميكانيكية والكيميائية التي تحدث في آلات الحرارة والتبريد، ويدرس العمليات التي تحدث في الغازات والأبخرة، وكذلك خصائص هذه الأجسام في مختلف الظروف الفيزيائية.
تعتمد الديناميكا الحرارية على قانونين (مبادئ) أساسية للديناميكا الحرارية:
القانون الأول للديناميكا الحرارية- قانون التحول والحفاظ على الطاقة؛
القانون الثاني للديناميكا الحرارية- يحدد الظروف لحدوث واتجاه العمليات العيانية في الأنظمة التي تتكون من عدد كبير من الجزيئات.
التكنولوجيا التقنية، وتطبيق القوانين الأساسية على عمليات تحويل الحرارة إلى عمل ميكانيكي والعكس، تجعل من الممكن تطوير نظريات المحركات الحرارية، ودراسة العمليات التي تحدث فيها، وما إلى ذلك.
الهدف من الدراسة هو النظام الديناميكي الحراري,والتي يمكن أن تكون مجموعة من الأجسام، أو جسدًا، أو جزءًا من جسد. ما هو خارج النظام يسمى بيئة. نظام T/D عبارة عن مجموعة من الأجسام العيانية التي تتبادل الطاقة مع بعضها البعض ومع البيئة. على سبيل المثال: نظام t/d عبارة عن غاز موجود في أسطوانة ذات مكبس، والبيئة عبارة عن أسطوانة ومكبس وهواء وجدران الغرفة.
نظام معزول - نظام t/d لا يتفاعل مع البيئة.
نظام أداباتيك (معزول حراريا). - يحتوي النظام على غلاف ثابت الحرارة يمنع التبادل الحراري (التبادل الحراري) مع البيئة.
نظام متجانس - النظام الذي له نفس التركيبة والخواص الفيزيائية في جميع أجزائه.
نظام متجانس - نظام متجانس في التركيب والبنية الفيزيائية، لا توجد بداخله واجهات (ثلج، ماء، غازات).
نظام غير متجانس
- نظام يتكون من عدة أجزاء متجانسة (أطوار) ذات خصائص فيزيائية مختلفة، مفصولة عن بعضها البعض بواسطة واجهات مرئية (الجليد والماء، الماء والبخار).
في المحركات الحرارية (المحركات)، يتم تنفيذ العمل الميكانيكي بمساعدة سوائل العمل - الغاز والبخار.
وتتميز خصائص كل نظام بعدد من الكميات، والتي تسمى عادة بالمعاملات الديناميكية الحرارية. دعونا نفكر في بعضها، باستخدام المفاهيم الحركية الجزيئية المعروفة من مقرر الفيزياء حول الغاز المثالي كمجموعة من الجزيئات ذات الأحجام الصغيرة المتلاشية، وهي في حركة حرارية عشوائية ولا تتفاعل مع بعضها البعض إلا من خلال الاصطدامات.
ينجم الضغط عن تفاعل جزيئات مائع العمل مع السطح ويساوي عددياً القوة المؤثرة لكل وحدة مساحة من سطح الجسم الطبيعي بالنسبة للأخير. وفقا للنظرية الحركية الجزيئية، يتم تحديد ضغط الغاز من خلال العلاقة
أين ن— عدد الجزيئات لكل وحدة حجم؛
ت— كتلة الجزيء؛ من 2- جذر متوسط مربع سرعة الحركة الانتقالية للجزيئات.
في النظام الدولي للوحدات (SI)، يتم التعبير عن الضغط بالباسكال (1 باسكال = 1 نيوتن/م2). نظرًا لأن هذه الوحدة صغيرة، فمن الأفضل استخدام 1 كيلو باسكال = 1000 باسكال و1 ميجا باسكال = 10 6 باسكال.
يتم قياس الضغط باستخدام مقاييس الضغط والبارومترات ومقاييس الفراغ.
تعمل أجهزة قياس ضغط السائل والزنبرك على قياس ضغط المقياس، وهو الفرق بين الضغط الكلي أو المطلق صقياس الضغط الجوي والمتوسط
صأجهزة الصراف الآلي، أي.
تسمى أدوات قياس الضغوط تحت الغلاف الجوي أجهزة قياس الفراغ؛ قراءاتهم تعطي قيمة الفراغ (أو الفراغ):
أي أن الضغط الجوي الزائد عن الضغط المطلق.
تجدر الإشارة إلى أن معلمة الحالة هي الضغط المطلق. وهذا ما يتم تضمينه في المعادلات الديناميكية الحرارية.
درجة حرارةتسمى كمية فيزيائية، تحديد درجة تسخين الجسم.وينشأ مفهوم درجة الحرارة من العبارة التالية: إذا كان نظامان على اتصال حراري، فإذا كانت درجات الحرارة غير متساوية، فسوف يتبادلان الحرارة مع بعضهما البعض، ولكن إذا كانت درجات الحرارة متساوية، فلن يكون هناك تبادل حراري.
من وجهة نظر المفاهيم الحركية الجزيئية، درجة الحرارة هي مقياس لشدة الحركة الحرارية للجزيئات. وترتبط قيمتها العددية بمتوسط الطاقة الحركية لجزيئات المادة:
أين ك- ثابت بولتزمان يساوي 1.380662.10؟ 23 ي/ك. تسمى درجة الحرارة T المحددة بهذه الطريقة بالمطلقة.
وحدة درجة الحرارة في النظام الدولي للوحدات هي الكلفن (K)؛ في الممارسة العملية، يتم استخدام درجات مئوية (درجة مئوية) على نطاق واسع. العلاقة بين المطلقة تودرجة مئوية أنادرجات الحرارة لديها النموذج
في الظروف الصناعية والمختبرية، يتم قياس درجة الحرارة باستخدام موازين الحرارة السائلة، والبيرومترات، والمزدوجات الحرارية وغيرها من الأدوات.
حجم محدد ضد— هو الحجم لكل وحدة كتلة من المادة.إذا كان الجسم متجانس الكتلة ميأخذ حجم الخامس،ثم حسب التعريف
ضد= الخامس / م.
في نظام SI، وحدة الحجم المحدد هي 1 م 3 / كجم. توجد علاقة واضحة بين الحجم النوعي للمادة وكثافتها:
لمقارنة الكميات التي تميز الأنظمة في الحالات المتطابقة، تم تقديم مفهوم "الظروف الفيزيائية الطبيعية":
ص= 760 ملم زئبق = 101.325 كيلو باسكال؛ ت= 273,15 ك.
تقدم فروع التكنولوجيا المختلفة والبلدان المختلفة "ظروفها الطبيعية" الخاصة بها، والتي تختلف إلى حد ما عن تلك المعطاة، على سبيل المثال، "التقنية" ( ص= 735.6 ملم زئبق. = 98 كيلو باسكال، ر= 15 درجة مئوية) أو الظروف العادية لتقييم أداء الضاغط ( ص= 101.325 كيلو باسكال، ر= 20 ج) إلخ.
إذا كانت جميع المعلمات الديناميكية الحرارية ثابتة في الوقت المناسب ومتطابقة في جميع نقاط النظام، فسيتم استدعاء حالة النظام هذهمتساوي الربيع.
إذا كانت هناك اختلافات في درجة الحرارة والضغط وغيرها من المعلمات بين نقاط مختلفة في النظام، فهو كذلكغير التوازن. في مثل هذا النظام، تحت تأثير التدرجات المعلمة، تنشأ تدفقات الحرارة والمواد وغيرها، وتسعى إلى إعادته إلى حالة التوازن. التجربة تظهر ذلك يصل النظام المعزول دائمًا إلى حالة من التوازن بمرور الوقت ولا يمكنه تركها تلقائيًا أبدًا.في الديناميكا الحرارية الكلاسيكية، يتم أخذ أنظمة التوازن فقط بعين الاعتبار.
معادلة الدولة.بالنسبة لنظام ديناميكي حراري متوازن، هناك علاقة وظيفية بين معلمات الحالة، وهو ما يسمى معادلة الدولة. تظهر التجربة أن الحجم ودرجة الحرارة والضغط النوعي لأبسط الأنظمة، وهي الغازات والأبخرة والسوائل، مرتبطة ببعضها البعض المعادلة الحراريةحالة الرأي:
يمكن إعطاء معادلة الحالة بشكل آخر:
توضح هذه المعادلات أنه من بين العوامل الثلاثة الرئيسية التي تحدد حالة النظام، أي منها مستقلة.
لحل المسائل باستخدام الطرق الديناميكية الحرارية، من الضروري للغاية معرفة معادلة الحالة. ومع ذلك، لا يمكن الحصول عليه في إطار الديناميكا الحرارية ويجب العثور عليه إما تجريبيًا أو بطرق الفيزياء الإحصائية. يعتمد الشكل المحدد لمعادلة الحالة على الخصائص الفردية للمادة.
النظام الديناميكي الحراري- هذا جزء من العالم المادي، مفصول عن البيئة بحدود حقيقية أو خيالية وهو موضوع دراسة الديناميكا الحرارية. البيئة أكبر بكثير من حيث الحجم، وبالتالي فإن التغييرات فيها تكون ضئيلة مقارنة بالتغيرات في حالة النظام. على عكس الأنظمة الميكانيكية، التي تتكون من جسم واحد أو عدة أجسام، يحتوي النظام الديناميكي الحراري على عدد كبير جدًا من الجسيمات، مما يؤدي إلى ظهور خصائص جديدة تمامًا ويتطلب أساليب مختلفة لوصف حالة وسلوك هذه الأنظمة. النظام الديناميكي الحراري هو كائن مجهري.
تصنيف الأنظمة الديناميكية الحرارية
1. حسب التكوين
يتكون النظام الديناميكي الحراري من مكونات. عنصر - هي مادة يمكن عزلها عن النظام ووجودها خارجه، أي. المكونات هي مواد مستقلة.
مكون واحد.
مكون ثنائي، أو ثنائي.
ثلاثة مكونات - ثلاثية.
متعدد المكونات.
2. حسب تكوين المرحلة- متجانسة وغير متجانسة
متجانس الأنظمة لها نفس الخصائص العيانية في أي نقطة في النظام، في المقام الأول درجة الحرارة والضغط والتركيز، بالإضافة إلى العديد من الخصائص الأخرى، على سبيل المثال، معامل الانكسار، ثابت العزل الكهربائي، التركيب البلوري، وما إلى ذلك. تتكون الأنظمة المتجانسة من مرحلة واحدة.
مرحلةهو جزء متجانس من النظام، مفصول عن المراحل الأخرى بواسطة واجهة ويتميز بمعادلة الحالة الخاصة به. إن مرحلة وحالة التجميع متداخلة، ولكنها ليست مفاهيم متطابقة. لا يوجد سوى 4 حالات للتجميع؛ ويمكن أن يكون هناك العديد من المراحل.
غير متجانسةتتكون الأنظمة من مرحلتين على الأقل.
3. حسب نوع العلاقة مع البيئة(حسب إمكانيات التبادل مع البيئة).
معزوللا يتبادل النظام الطاقة أو المادة مع البيئة. هذا نظام مثالي، من حيث المبدأ، لا يمكن دراسته تجريبيا.
مغلقيمكن للنظام أن يتبادل الطاقة مع البيئة، لكنه لا يتبادل المادة.
يفتحيتبادل النظام كلاً من الطاقة والمادة
حالة المواد الصلبة الذائبة
حالة المواد الصلبة الذائبةهو مجمل جميع خصائصه العيانية القابلة للقياس، والتي بالتالي لها تعبير كمي. الطبيعة العيانية للخصائص تعني أنه لا يمكن أن تعزى إلا إلى النظام ككل، وليس إلى الجزيئات الفردية التي تشكل البنية الثنائية القريبة (T، p، V، c، U، n k). الخصائص الكمية للدولة مترابطة. لذلك، هناك حد أدنى لمجموعة من خصائص النظام تسمى حدود ، والتي تسمح لنا مواصفاتها بوصف خصائص النظام بشكل كامل. يعتمد عدد هذه المعلمات على نوع النظام. في أبسط الحالات، بالنسبة لنظام غاز متجانس مغلق في حالة توازن، يكفي تعيين معلمتين فقط. بالنسبة للنظام المفتوح، بالإضافة إلى هاتين الخاصيتين للنظام، من الضروري تحديد عدد مولات كل مكون.
تنقسم المتغيرات الديناميكية الحرارية إلى:
- خارجي, والتي تحددها خصائص وإحداثيات النظام في البيئة وتعتمد على اتصالات النظام مع البيئة، على سبيل المثال، الكتلة وعدد المكونات، وشدة المجال الكهربائي، وعدد هذه المتغيرات محدود؛
- داخلي، التي تميز خصائص النظام، على سبيل المثال، الكثافة، الطاقة الداخلية، عدد هذه المعلمات غير محدود؛
- شاسِع،والتي تتناسب طرديا مع كتلة النظام أو عدد الجزيئات، على سبيل المثال، الحجم، الطاقة، الإنتروبيا، السعة الحرارية؛
-شديد، والتي لا تعتمد على كتلة النظام، على سبيل المثال، درجة الحرارة والضغط.
ترتبط معلمات TDS ببعضها البعض من خلال علاقة تسمى حالة المعادلةأنظمة. نظرة عامة عليه و(ص، ف , ت)= 0. من أهم مهام FH إيجاد معادلة حالة أي نظام. حتى الآن، المعادلة الدقيقة للحالة معروفة فقط للغازات المثالية (معادلة كلابيرون-مندلييف).
الكهروضوئية = نرت، ( 1.1)
أين ر- ثابت الغاز العالمي = 8.314 J/(mol.K).
[p] = Pa، 1 atm = 1.013*10 5 Pa = 760 مم زئبق،
[V] = m3، [T] = K، [n] = مول، N = 6.02*1023 مول-1. يتم وصف الغازات الحقيقية بشكل تقريبي فقط من خلال هذه المعادلة، وكلما زاد الضغط وانخفضت درجة الحرارة، زاد الانحراف عن معادلة الحالة هذه.
يميز التوازنو غير التوازنحالة المواد الصلبة الذائبة.
تقتصر الديناميكا الحرارية الكلاسيكية عادة على النظر في حالات التوازن للأنظمة الثنائية القريبة. التوازن - هذه هي الحالة التي تصل إليها المواد الصلبة الذائبة تلقائيًا، والتي يمكن أن توجد فيها إلى أجل غير مسمى في غياب التأثيرات الخارجية. لتحديد حالة التوازن، يلزم دائمًا وجود عدد أقل من المعلمات مقارنةً بالأنظمة غير المتوازنة.
وتنقسم حالة التوازن إلى:
- مستمرحالة (مستقرة) حيث لا يؤدي أي تأثير متناهي الصغر إلا إلى تغيير متناهي الصغر في الحالة، وعندما يتم التخلص من هذا التأثير، يعود النظام إلى حالته الأصلية؛
- شبه مستقرحالة تؤدي فيها بعض المؤثرات النهائية إلى تغيرات نهائية في الحالة لا تختفي بزوال هذه المؤثرات.
يسمى التغير في حالة نظام الجسم القريب المرتبط بتغيير واحد على الأقل من متغيراته الديناميكية الحرارية عملية الديناميكا الحرارية. خصوصية وصف العمليات الديناميكية الحرارية هي أنها لا تتميز بمعدلات التغير في الخصائص، ولكن بحجم التغيرات. العملية في الديناميكا الحرارية هي سلسلة من حالات النظام تبدأ من المجموعة الأولية من المعلمات الديناميكية الحرارية إلى المجموعة النهائية. تتميز العمليات الديناميكية الحرارية التالية:
- تلقائي, لتنفيذها لا تحتاج إلى إنفاق الطاقة؛
- غير عفوية, تحدث فقط عند استهلاك الطاقة؛
- لا رجعة فيه(أو عدم التوازن) - عندما يكون من المستحيل، نتيجة للعملية، إعادة النظام إلى حالته الأصلية.
-عكسها - هذه عمليات مثالية تمر للأمام والخلف عبر نفس الحالات الوسيطة، وبعد انتهاء الدورة لا يتم ملاحظة أي تغييرات سواء في النظام أو في البيئة.
وظائف الحالة- هذه هي خصائص النظام التي تعتمد فقط على معالم الحالة، ولكنها لا تعتمد على طريقة تحقيقها.
تتميز وظائف الدولة بالخصائص التالية:
تغيير لا متناهية في الوظيفة وهو الفارق الكلي مدافع؛
يتم تحديد التغيير في الوظيفة عند الانتقال من الحالة 1 إلى الحالة 2 فقط من خلال هذه الحالات ∫ مدافع = و 2 - و 1
نتيجة لأي عملية دورية، لا تتغير وظيفة الحالة، أي. يساوي الصفر.
الحرارة والعمل– طرق تبادل الطاقة بين RDS والبيئة. الحرارة والشغل هما من خصائص العملية، وليسا من وظائف الدولة.
وظيفة- شكل من أشكال تبادل الطاقة على المستوى العياني عند حدوث حركة موجهة لجسم ما. يعتبر العمل إيجابيا إذا تم تنفيذه بواسطة النظام ضد قوى خارجية.
حرارة– شكل من أشكال تبادل الطاقة على المستوى المجهري، أي. في شكل تغيير في الحركة الفوضوية للجزيئات. من المقبول عمومًا أن الحرارة التي يتلقاها النظام والشغل المنجز عليه تكون إيجابية، أي. يعمل "المبدأ الأناني". .
وحدات الطاقة والشغل الأكثر استخدامًا، خاصة في الديناميكا الحرارية، هي SI joule (J) ووحدة السعرات الحرارية غير النظامية (1 cal = 4.18 J).
اعتمادًا على طبيعة الكائن، يتم تمييز أنواع مختلفة من العمل:
1. ميكانيكية - حركة الجسم
دا الفراء = - F السابقين دل.(2.1)
الشغل هو المنتج القياسي لمتجهين للقوة والإزاحة، أي.
|د الفراء | = ف دل كوسα. إذا كان اتجاه القوة الخارجية معاكسا للحركة التي تؤديها القوى الداخلية كوسα < 0.
2. عملية التمديد (يُنظر في أغلب الأحيان إلى توسع الغاز)
دا = - ص دف (1.7)
ومع ذلك، يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن هذا التعبير صالح فقط لعملية يمكن عكسها.
3. كهربائي – حركة الشحنات الكهربائية
دا إل = -جدق،(2.2)
أين ي-الإمكانات الكهربائية.
4. سطحي - التغير في مساحة السطح،
د السطح = -سدس،(2.3)
أين ق-التوتر السطحي.
5. التعبير العام عن العمل
دا = - يادكس،(2.4)
ي- القوة المعممة، دي إكس-تنسيق معمم، لذلك يمكن اعتبار العمل حاصل ضرب عامل مكثف وتغير في عامل مكثف.
6. يتم استدعاء جميع أنواع العمل، باستثناء أعمال التوسعة مفيد عمل (دا '). دا = prV + دا' (2.5)
7. بالقياس، يمكننا تقديم المفهوم كيميائية العمل عند التحرك بشكل اتجاهي ك- المادة الكيميائية، ن ك- خاصية واسعة النطاق، في حين معلمة مكثفة م كتسمى الإمكانات الكيميائية ك- المادة
دا مادة كيميائية = -Sm k dn k. (2.6)
التعريف 1
النظام الديناميكي الحراري هو مجموعة وثبات من الأجسام المادية العيانية التي تتفاعل دائمًا مع بعضها البعض ومع العناصر الأخرى، وتتبادل الطاقة معها.
في الديناميكا الحرارية، عادة ما يفهمون النظام على أنه شكل فيزيائي مجهري يتكون من عدد كبير من الجسيمات التي لا تنطوي على استخدام المؤشرات العيانية لوصف كل عنصر على حدة. لا توجد قيود معينة في طبيعة الأجسام المادية التي تشكل المكونات المكونة لهذه المفاهيم. ويمكن تمثيلها على شكل ذرات وجزيئات وإلكترونات وأيونات وفوتونات
تأتي الأنظمة الديناميكية الحرارية في ثلاثة أنواع رئيسية:
- معزولة - لا يوجد تبادل مع المادة أو الطاقة مع البيئة؛
- مغلق - الجسم غير مترابط مع البيئة؛
- مفتوح - يوجد تبادل للطاقة والكتلة مع الفضاء الخارجي.
يمكن تقسيم طاقة أي نظام ديناميكي حراري إلى طاقة تعتمد على موضع النظام وحركته، بالإضافة إلى طاقة تحددها حركة وتفاعل الجسيمات الدقيقة التي تشكل المفهوم. الجزء الثاني يسمى في الفيزياء الطاقة الداخلية للنظام.
ميزات الأنظمة الديناميكية الحرارية
الشكل 1. أنواع الأنظمة الديناميكية الحرارية. Author24 - تبادل أعمال الطلاب عبر الإنترنت
ملاحظة 1
يمكن ملاحظة الخصائص المميزة للأنظمة في الديناميكا الحرارية من خلال أي جسم دون استخدام المجاهر والتلسكوبات.
ولتقديم وصف كامل لمثل هذا المفهوم، من الضروري تحديد التفاصيل العيانية التي يمكن من خلالها التحديد الدقيق للضغط والحجم ودرجة الحرارة والحث المغناطيسي والاستقطاب الكهربائي والتركيب الكيميائي وكتلة المكونات المتحركة.
لأي أنظمة ديناميكية حرارية هناك حدود مشروطة أو حقيقية تفصلها عن البيئة. بدلا من ذلك، غالبا ما يفكرون في مفهوم منظم الحرارة، الذي يتميز بهذه السعة الحرارية العالية التي في حالة التبادل الحراري مع المفهوم الذي تم تحليله، تظل معلمة درجة الحرارة دون تغيير.
اعتمادًا على الطبيعة العامة لتفاعل النظام الديناميكي الحراري مع البيئة، من المعتاد التمييز بين:
- الأنواع المعزولة التي لا تتبادل المادة أو الطاقة مع البيئة الخارجية؛
- معزولة بشكل ثابت - الأنظمة التي لا تتبادل المادة مع البيئة الخارجية، ولكنها تدخل في تبادل الطاقة؛
- الأنظمة المغلقة - تلك التي لا تتبادل مع المادة، يُسمح فقط بتغيير طفيف في قيمة الطاقة الداخلية؛
- الأنظمة المفتوحة - تلك التي تتميز بالنقل الكامل للطاقة والمادة؛
- مفتوحة جزئيًا - تحتوي على أقسام شبه منفذة، وبالتالي فهي لا تشارك بشكل كامل في تبادل المواد.
اعتمادًا على الصيغة، يمكن تقسيم معنى المفهوم الديناميكي الحراري إلى خيارات بسيطة ومعقدة.
الطاقة الداخلية للأنظمة في الديناميكا الحرارية
الشكل 2. الطاقة الداخلية للنظام الديناميكي الحراري. Author24 - تبادل أعمال الطلاب عبر الإنترنت
ملاحظة 2
تشمل المؤشرات الديناميكية الحرارية الرئيسية، التي تعتمد بشكل مباشر على كتلة النظام، الطاقة الداخلية.
وتشمل الطاقة الحركية الناتجة عن حركة الجزيئات الأولية للمادة، وكذلك الطاقة الكامنة التي تظهر أثناء تفاعل الجزيئات مع بعضها البعض. هذه المعلمة دائما لا لبس فيها. أي أن معنى الطاقة الداخلية وإدراكها يكونان ثابتين متى كان المفهوم في الحالة المرغوبة، بغض النظر عن الطريقة التي تم بها تحقيق هذا الوضع.
في الأنظمة التي يظل تركيبها الكيميائي دون تغيير أثناء تحولات الطاقة، عند تحديد الطاقة الداخلية، من المهم أن تأخذ في الاعتبار فقط طاقة الحركة الحرارية لجزيئات المواد.
وخير مثال على مثل هذا النظام في الديناميكا الحرارية هو الغاز المثالي. الطاقة الحرة هي قدر معين من العمل الذي يمكن أن يقوم به الجسم المادي في عملية عكسية متساوية الحرارة، أو تمثل الطاقة الحرة الحد الأقصى من الوظائف الممكنة التي يمكن أن يؤديها المفهوم، مع امتلاك كمية كبيرة من الطاقة الداخلية. الطاقة الداخلية للنظام تساوي مجموع التوتر المقيد والحر.
التعريف 2
الطاقة المقيدة هي ذلك الجزء من الطاقة الداخلية غير القادر على التحول بشكل مستقل إلى عمل - وهذا عنصر منخفض القيمة في الطاقة الداخلية.
عند نفس درجة الحرارة، تزداد هذه المعلمة مع زيادة الإنتروبيا. وبالتالي، فإن إنتروبيا النظام الديناميكي الحراري هي مقياس لتوفير طاقته الأولية. في الديناميكا الحرارية هناك تعريف آخر - فقدان الطاقة في نظام معزول مستقر
العملية العكسية هي عملية ديناميكية حرارية يمكن أن تستمر بسرعة في كلا الاتجاهين العكسي والأمامي، مروراً بنفس المواضع الوسيطة، مع عودة المفهوم في النهاية إلى حالته الأصلية دون إنفاق طاقة داخلية، ولا تبقى أي تغييرات عيانية في البيئة المحيطة. فضاء.
العمليات العكسية تنتج أقصى قدر من العمل. ومن الناحية العملية، من المستحيل الحصول على أفضل النتائج من النظام. وهذا يعطي أهمية نظرية للظواهر القابلة للعكس، والتي تتقدم ببطء لا نهائي ولا يمكن الاقتراب منها إلا على مسافات قصيرة.
التعريف 3
في العلم، لا رجعة فيه هي عملية لا يمكن تنفيذها في الاتجاه المعاكس من خلال نفس الحالات المتوسطة.
جميع الظواهر الحقيقية لا رجعة فيها في أي حال. ومن أمثلة هذه التأثيرات الانتشار الحراري، والانتشار، والتدفق اللزج، والتوصيل الحراري. إن انتقال الطاقة الحركية والداخلية للحركة العيانية من خلال الاحتكاك المستمر إلى حرارة، أي إلى النظام نفسه، هو عملية لا رجعة فيها.
متغيرات حالة النظام
يمكن تحديد حالة أي نظام ديناميكي حراري من خلال الجمع الحالي بين خصائصه أو خصائصه. جميع المتغيرات الجديدة التي يتم تحديدها بالكامل فقط في وقت معين ولا تعتمد على كيفية وصول المفهوم إلى هذا الموضع تسمى المعلمات الديناميكية الحرارية للحالة أو الوظائف الأساسية للفضاء.
في الديناميكا الحرارية، يعتبر النظام ثابتًا إذا ظلت القيم المتغيرة مستقرة ولا تتغير مع مرور الوقت. أحد خيارات الحالة الثابتة هو التوازن الديناميكي الحراري. أي تغيير، حتى ولو كان غير مهم، في المفهوم هو بالفعل عملية مادية، لذلك يمكن أن يحتوي على واحد إلى عدة مؤشرات حالة متغيرة. يُطلق على التسلسل الذي تتحول فيه حالات النظام بشكل منهجي إلى بعضها البعض اسم "مسار العملية".
لسوء الحظ، لا يزال هناك خلط بين المصطلحات والأوصاف التفصيلية، لأن نفس المتغير في الديناميكا الحرارية يمكن أن يكون إما مستقلاً أو نتيجة إضافة عدة وظائف للنظام في وقت واحد. لذلك، يمكن أحيانًا اعتبار مصطلحات مثل "معلمة الحالة"، و"وظيفة الحالة"، و"متغير الحالة" مرادفات.