Termodynamiska processtyper och exempel



den termodynamiska processer De är fysiska eller kemiska fenomen som involverar ett flöde av värme (energi) eller arbete mellan ett system och dess omgivningar. När man talar om värme kommer rationellt att komma ihåg eldens bild, vilket är en manifestation som är enastående av en process som släpper ut mycket värmeenergi.

Systemet kan vara både makroskopiskt (ett tåg, en rakett, en vulkan) och mikroskopisk (atomer, bakterier, molekyler, kvanta punkter etc.). Detta är skild från resten av universum för att överväga värmen eller arbetet som kommer in eller lämnar detta.

Men inte bara värmeflödet existerar, men systemen kan också skapa förändringar i vissa variabler av deras miljö som svar på det betraktade fenomenet. Enligt termodynamiska lagar måste det finnas en kompensation mellan respons och värme så att materia och energi alltid bevaras.

Ovanstående gäller för makroskopiska och mikroskopiska system. Skillnaden mellan den första och den sista är de variabler som anses vara att definiera sina energiländer (i huvudsak initial och sista).

Termodynamiska modeller syftar emellertid till att ansluta båda världarna genom att styra variabler som systemets tryck, volym och temperatur, varvid vissa av dessa konstanter håller på att studera de andra.

Den första modellen som tillåter denna approximation är den för de ideala gaserna (PV = nRT), där n är antalet moler, att när man delar upp mellan volymen V erhålls den molära volymen.

Då, som uttrycker ändringarna mellan system-runt beroende på dessa variabler, kan andra definieras som arbete (PV = W), som är oumbärligt för maskiner och industriella processer.

Å andra sidan är en annan typ av termodynamisk variabel av större intresse för kemiska fenomen. Dessa är direkt relaterade till utsläpp eller absorption av energi, och beror på molekylernas inneboende natur: bildandet och typerna av länkar.

index

  • 1 System och fenomen i termodynamiska processer
    • 1.1 Fysiska och kemiska fenomen
    • 1.2 Exempel på fysiska fenomen
    • 1.3 Exempel på kemiska fenomen
  • 2 Typer och exempel på termodynamiska processer
    • 2.1 Adiabatic processer
    • 2.2 Isotermiska processer
    • 2.3 Isobariska processer
    • 2.4 Isokoriska processer
  • 3 referenser

System och fenomen i termodynamiska processer

I bilden ovan är de tre typerna av system representerade: stängda, öppna och adiabatiska.

I det slutna systemet finns det ingen överföring av materia mellan den och dess omgivningar, så att det inte går att komma in eller ut. Energin kan emellertid passera över boxens gränser. Med andra ord: F-fenomenet kan frigöra eller absorbera energi, och därigenom modifiera vad som ligger bortom lådan.

Å andra sidan har systemets horisonter i det öppna systemet sina prickade linjer, vilket betyder att både energi och materia kan komma och gå mellan detta och omgivningen.

Slutligen, i ett isolerat system är utbytet av materia och energi mellan det och omgivningen noll; av den anledningen, i bilden är den tredje lådan innesluten i en bubbla. Det är nödvändigt att klargöra att omgivningen kan vara resten av universum, och att studien är den som definierar hur långt man ska överväga systemets omfattning.

Fysiska och kemiska fenomen

Vad är specifikt fenomenet F? Indikerat av bokstaven F och inom en gul cirkel är fenomenet en förändring som äger rum och kan vara den fysiska modifieringen av materia eller dess omvandling.

Vad är skillnaden? Succinkt: den första bryter inte eller skapar nya länkar, medan den andra gör det.

Således kan en termodynamisk process övervägas beroende på om fenomenet är fysiskt eller kemiskt. Båda har emellertid gemensamt en förändring i någon molekylär eller atomegenskap.

Exempel på fysiska fenomen

Uppvärmningsvatten i en kruka medför en ökning av kollisioner mellan molekylerna, till den punkt där trycket i dess ånga är lika med atmosfärstryck, och därefter sker fasförändringen från vätska till gas. Med andra ord: vatten avdunstar.

Här bryter inte vattenmolekylerna någon av sina bindningar, men de genomgår energiändringar. eller vad är detsamma, är vattenets inre energi U modifierad.

Vad är de termodynamiska variablerna för detta fall? Det atmosfäriska trycket Pex, temperaturen som uppstår vid förbränning av kokgas och volymen av vatten.

Atmosfärstrycket är konstant, men vattnets temperatur är inte, eftersom det upphettas; inte heller volymen, eftersom dess molekyler expanderar i rymden. Detta är ett exempel på ett fysiskt fenomen inom en isobarisk process; det vill säga ett termodynamiskt system vid konstant tryck.

Vad händer om du lägger vattnet med några bönor inuti en tryckkokare? I detta fall är volymen konstant (så länge trycket inte släpps vid tillagning av kornen), men trycket och temperaturen ändras.

Detta beror på att den gas som produceras inte kan komma undan och kretsar på krukans väggar och vätskans yta. Vi pratar om ett annat fysiskt fenomen men inom en isokorisk process.

Exempel på kemiska fenomen

Det nämndes att det finns termodynamiska variabler som är inneboende för mikroskopiska faktorer, såsom molekylär eller atomstruktur. Vad är dessa variabler? Entalpien (H), entropin (S), den inre energin (U) och den fria energin hos Gibbs (S).

Dessa inneboende variabler av materia definieras och uttryckas i termer av de makroskopiska termodynamiska variablerna (P, T och V), enligt den valda matematiska modellen (i allmänhet den ideala gasmodellen). Tack vare dessa termodynamiska studier kan göras till de kemiska fenomenen.

Till exempel vill vi studera en kemisk reaktion av typ A + B => C, men reaktionen uppträder endast vid en temperatur av 70 ° C. Vidare genereras vid temperaturer över 100 ° C istället för att producera C, D.

Under dessa förhållanden måste reaktorn (aggregatet där reaktionen utförs) garantera en konstant temperatur runt 70 ° C, så processen är isotermisk.

Typer och exempel på termodynamiska processer

Adiabatic processer

Det är de där det inte finns någon nettoöverföring mellan systemet och dess omgivning. Detta på lång sikt garanteras av ett isolerat system (lådan inuti bubblan).

exempel

Ett exempel på detta är kalorimetrarna som bestämmer mängden värme som frigörs eller absorberas från en kemisk reaktion (förbränning, upplösning, oxidation etc.).

Inom de fysiska fenomenen är rörelsen som genererar hetgasen på grund av det tryck som utövas på kolvarna. På samma sätt, när en ström av luftpressar på en markytan ökar sin temperatur eftersom den tvingas expandera.

Å andra sidan, om den andra ytan är gasformig och har lägre densitet, kommer dess temperatur att minska när den känner ett högre tryck och tvingar dess partiklar att kondensera.

De adiabatiska processerna är idealiska för många industriella processer, där den lägre värmeförlusten medför en lägre prestanda som återspeglas i kostnaderna. För att betrakta det som sådant måste värmeflödet vara noll eller hur mycket värme som kommer in måste vara lika med den mängd som går in i systemet..

Isotermiska processer

De isotermiska processerna är alla de där systemets temperatur förblir konstant. Detta görs genom att arbeta, så att de andra variablerna (P och V) varierar med tiden.

exempel

Exempel på denna typ av termodynamisk process är otaliga. I grunden sker mycket cellaktivitet vid en konstant temperatur (utbytet av joner och vatten genom cellmembran). Inom kemiska reaktioner betraktas alla som skapar termiska jämvikter isotermiska processer.

Mänsklig metabolism klarar av att upprätthålla konstant kroppstemperatur (ungefär 37 ° C) genom ett brett spektrum av kemiska reaktioner. Detta uppnås tack vare den energi som erhålls från mat.

Fasförändringar är också isotermiska processer. Till exempel när en vätska fryser det släpper ut värme, förhindrar temperaturen från att minska tills den är helt i fast fas. När detta händer kan temperaturen fortsätta att minska, eftersom det fasta inte längre släpper ut energi.

I de system som involverar idealiska gaser är förändringen av den inre energin U noll, så all värme används för att utföra arbete.

Isobariska processer

I dessa processer förblir trycket i systemet konstant, varierande dess volym och temperatur. I allmänhet kan de inträffa i system som är öppna för atmosfären eller i slutna system vars gränser kan deformeras av volymökningen för att motverka ökningen av tryck.

exempel

I cylindrarna inuti motorerna trycks kolven, när gasen värms upp, vilket ändrar systemets volym.

Om detta inte var fallet skulle trycket öka, eftersom systemet inte har någon möjlighet att minska kollisionerna av gasformiga arter på cylinderns väggar..

Isokoriska processer

I isokoriska processer förblir volymen konstant. Det kan också betraktas som de där systemet genererar inget arbete (W = 0).

I grund och botten är de fysiska eller kemiska fenomen som studeras i någon behållare, oavsett om de är agiterade eller inte.

exempel

Exempel på dessa processer är matlagning av mat, framställning av kaffe, kylning av en flaska glass, kristallisering av socker, upplösning av en liten löslig fällning, bland annat en jonbyteskromatografi..

referenser

  1. Jones, Andrew Zimmerman. (17 september 2016). Vad är en termodynamisk process? Hämtad från: thoughtco.com
  2. J. Wilkes. (2014). Termodynamiska processer. [PDF]. Hämtad från: courses.washington.edu
  3. Studie (9 augusti 2016). Termodynamiska processer: Isobarisk, Isokorisk, Isotermisk och Adiabatisk. Hämtad från: study.com
  4. Kevin Wandrei (2018). Vad är några dagliga exempel på termodynamikens första och andra lagar? Hearst Seattle Media, LLC. Hämtad från: education.seattlepi.com
  5. Lambert. (2006). Termodynamikens andra lag. Hämtat från: entropysit.oxy.edu
  6. 15 Termodynamik. [PDF]. Hämtad från: wright.edu