THERMODYNAMIC EQUILIBRIUM: MGA KLASE AT APLIKASYON - PISIKAL - 2025

Ang thermodynamic equilibrium ng isang nakahiwalay na sistema ay tinukoy bilang isang estado ng balanse kung saan ang mga variable na sumasalamin dito at maaaring masukat o kinakalkula ay hindi sumasailalim sa mga pagbabago, dahil sa paghiwalay nito walang mga panlabas na puwersa na may posibilidad na baguhin ang estado na iyon. .

Parehong mga sistema at mga klase ng balanse na dapat isaalang-alang ay magkakaiba. Ang isang sistema ay maaaring maging isang cell, isang inuming malamig na yelo, isang eroplano na puno ng mga pasahero, isang tao, o isang piraso ng makinarya, upang pangalanan lamang ang ilang mga halimbawa. Maaari rin silang ihiwalay, sarado o buksan, depende sa kung maaari nilang palitan ang enerhiya at bagay sa kanilang paligid.

Ang mga sangkap ng sabong ay nasa thermal equilibrium. Pinagmulan: Mga pexels.

Ang isang nakahiwalay na sistema ay hindi nakikipag-ugnay sa kapaligiran, walang pumapasok o umalis dito. Ang isang saradong sistema ay maaaring magpalitan ng enerhiya ngunit hindi mahalaga sa nakapaligid na kapaligiran. Sa wakas, ang bukas na sistema ay libre upang makagawa ng mga palitan sa kapaligiran.

Buweno, ang isang nakahiwalay na sistema na pinapayagan na magbago nang matagal, ay madalas na dumadaloy sa thermodynamic equilibrium kung saan ang mga variable nito ay mananatili ang kanilang halaga nang walang hanggan. At kapag ito ay isang bukas na sistema, ang mga halaga nito ay dapat kapareho ng mga nasa kapaligiran.

Ito ay makamit hangga't ang lahat ng mga kondisyon ng balanse na ipinataw ng bawat partikular na uri ay nasiyahan.

Mga klase ng balanse

Ang balanse ng thermal

Ang isang uri ng pangunahing balanse ay ang thermal equilibrium, na naroroon sa maraming araw-araw na sitwasyon, tulad ng isang mainit na tasa ng kape at kutsara kung saan ang asukal ay pinukaw.

Ang nasabing sistema ay kusang nakakakuha ng parehong temperatura pagkatapos ng isang tiyak na oras, pagkatapos na dumating ang balanse habang ang lahat ng mga bahagi ay nasa parehong temperatura.

Tulad ng nangyari, mayroong pagkakaiba sa temperatura na nagdadala ng pagpapalitan ng init sa buong sistema. Ang bawat system ay may oras upang makamit ang thermal equilibrium at maabot ang parehong temperatura sa lahat ng mga punto, na tinatawag na oras ng pagpapahinga.

Balanse ng mekanikal

Kapag ang presyon sa lahat ng mga punto sa isang system ay palaging, nasa mekanikal na balanse.

Balanse ng kemikal

Ang balanse ng kemikal, kung minsan ay tinatawag ding materyal na balanse, ay naabot kapag ang kemikal na komposisyon ng isang sistema ay nananatiling hindi nagbabago sa paglipas ng panahon.

Sa pangkalahatan, ang isang sistema ay isinasaalang-alang sa thermodynamic equilibrium kapag ito ay nasa thermal at mechanical equilibrium nang sabay-sabay.

Thermodynamic variable at equation ng estado

Ang mga variable na pinag-aralan upang pag-aralan ang thermodynamic equilibrium ng isang sistema ay magkakaiba, ang madalas na ginagamit na presyon, dami, masa at temperatura. Ang iba pang mga variable ay kinabibilangan ng posisyon, bilis at iba pa na ang pagpili ay nakasalalay sa system sa ilalim ng pag-aaral.

Kaya, bilang nagpapahiwatig ng mga coordinate ng isang punto na posible na malaman ang eksaktong lokasyon nito, alam ang mga variable na thermodynamic na hindi patas ang tinutukoy ang estado ng isang sistema. Kapag ang sistema ay nasa balanse, ang mga variable na ito ay nagbibigay-kasiyahan sa isang relasyon na kilala bilang ang equation ng estado.

Ang equation ng estado ay isang function ng mga variable na thermodynamic na ang pangkalahatang anyo ay:

Kung saan ang P ay presyon, ang V ay dami, at ang T ay temperatura. Naturally ang equation ng estado ay maaaring ipahiwatig sa mga tuntunin ng iba pang mga variable, ngunit tulad ng sinabi bago, ito ang mga variable na ginagamit upang makilala ang mga thermodynamic system.

Ang isa sa mga kilalang equation ng estado ay ang mainam na gas na PV = nRT. Narito n ang bilang ng mga moles, atoms, o molekula at R ay ang palagiang Boltzmann: 1.30 x 10 ^-23 J / K (Joule / Kelvin).

Ang thermodynamic equilibrium at ang zero batas ng Thermodynamics

Ipagpalagay na mayroon kaming dalawang mga thermodynamic system A at B na may thermometer na tatawagin namin ang T, na kung saan ay nakalagay sa pakikipag-ugnay sa system Ang isang mahabang sapat para sa A at T na maabot ang parehong temperatura. Sa ganitong kaso maaari itong matiyak na ang A at T ay nasa thermal equilibrium.

Sa tulong ng isang thermometer ang zero batas ng thermodynamics ay napatunayan. Pinagmulan: Mga pexels.

Ang parehong pamamaraan ay pagkatapos ay paulit-ulit sa system B at T. Kung ang temperatura ng B ay lumiliko na katulad ng A, kung gayon ang A at B ay nasa thermal equilibrium. Ang resulta na ito ay kilala bilang zero law o zero na prinsipyo ng Thermodynamics, na pormal na nakasaad tulad ng sumusunod:

At mula sa prinsipyong ito ang mga sumusunod ay natapos:

Samakatuwid, ang dalawang katawan sa thermal contact na wala sa parehong temperatura ay hindi maaaring isaalang-alang sa thermodynamic equilibrium.

Entropy at thermodynamic equilibrium

Ang nagtutulak ng isang sistema upang makamit ang thermal equilibrium ay entropy, isang magnitude na nagpapahiwatig kung gaano kalapit ang system sa balanse, na nagpapakilala sa estado ng kaguluhan. Ang mas maraming karamdaman, mas maraming entropy doon, ang kabaligtaran ay nangyayari kung ang isang sistema ay napaka-utos, sa kasong ito bumababa ang entropy.

Ang estado ng thermal equilibrium ay tiyak na estado ng pinakamataas na entropy, na nangangahulugang ang anumang nakahiwalay na sistema ay kusang napunta sa isang estado ng mas malaking karamdaman.

Ngayon, ang paglipat ng thermal energy sa system ay pinamamahalaan ng pagbabago sa entropy nito. Hayaan ang S maging ang entropy at hayaan nating magpakilala sa titik ng Griego na "delta" ang pagbabago dito: ΔS. Ang pagbabago na kumukuha ng system mula sa isang paunang estado hanggang sa isang pangwakas na estado ay tinukoy bilang:

Ang equation na ito ay may bisa lamang para sa mga mababalik na proseso. Ang proseso kung saan ang sistema ay maaaring ganap na bumalik sa mga paunang kondisyon nito at nasa thermodynamic equilibrium sa bawat puntong nasa daan.

Mga halimbawa ng mga sistema na may pagtaas ng entropy

- Sa paglipat ng init mula sa isang mas mainit na katawan sa isang mas malamig, ang entropy ay nagdaragdag hanggang ang temperatura ng pareho ay pareho, pagkatapos kung saan ang halaga nito ay nananatiling pare-pareho kung ang sistema ay nakahiwalay.

- Ang isa pang halimbawa ng pagtaas ng entropy ay ang paglusaw ng sodium klorido sa tubig, hanggang sa maabot ang balanse sa sandaling natunaw na ang asin.

- Sa isang solidong natutunaw, ang entropy ay dumaragdag din, dahil ang mga molekula ay lumilipat mula sa isang mas maayos na sitwasyon, na kung saan ay isang solid, sa isang higit na nagkakaugnay bilang isang likido.

- Sa ilang mga uri ng kusang pagkabulok ng radioactive, ang nagresultang bilang ng mga particle ay nagdaragdag at kasama nito ang entropy ng system. Sa iba pang mga pagkabulok kung saan nangyayari ang paglaho ng butil, mayroong isang pagbabagong-anyo mula sa masa sa enerhiya ng kinetic na kalaunan ay nag-aalis ng init, at nagdaragdag din ang entropy.

Ang ganitong mga halimbawa ay nagtatampok ng katotohanan na ang thermodynamic equilibrium ay kamag-anak: ang isang sistema ay maaaring nasa thermodynamic equilibrium lokal, halimbawa kung ang tasa ng kape + na sistema ng kutsarita ay isinasaalang-alang.

Gayunpaman, ang kape ng kape + kutsara + na sistema ng kapaligiran ay maaaring hindi nasa thermal equilibrium hanggang sa ganap na lumamig ang kape.

Mga Sanggunian

1. Bauer, W. 2011. Physics para sa Teknolohiya at Siyensya. Dami 1. Mc Graw Hill. 650-672.
2. Cengel, Y. 2012. Thermodynamics. 7 ^ma Edition. McGraw Hill. 15-25 at 332-334.
3. Thermodynamics. Nabawi mula sa: ugr.es.
4. Pambansang Unibersidad ng Rosario. Physicochemical I. Nabawi mula sa: rephip.unr.edu.ar
5. Watkins, T. Entropy at ang Ikalawang Batas ng Thermodynamics sa Pakikipag-ugnay ng Particle at Nukleyar. San Jose State University. Nabawi mula sa: sjsu.edu.
6. Wikipedia. Ang balanse ng thermodynamic. Nabawi mula sa: en.wikipedia.org.