THERMODYNAMIC VARIABLE: KUNG ANO ANG MGA ITO AT NALUTAS ANG MGA EHERSISYO - PISIKAL - 2025

Ang mga variable na thermodynamic o variable ng estado ay ang mga macroscopic na dami na nagpapakilala sa isang thermodynamic system, ang pinaka pamilyar na presyon, dami, temperatura at masa. Ang mga ito ay lubos na kapaki-pakinabang sa paglalarawan ng mga system na may maraming mga input at output. Maraming pantay na mahalagang variable ng estado, bukod sa nabanggit na. Ang pagpili na ginawa ay nakasalalay sa system at pagiging kumplikado nito.

Ang isang eroplano na puno ng mga pasahero o isang kotse ay maaaring isaalang-alang bilang mga system at kasama ang kanilang mga variable, bilang karagdagan sa masa at temperatura, ang dami ng gasolina, posisyon ng heograpiya, bilis, pagbilis at syempre marami pa.

Larawan 1. Ang isang eroplano ay maaaring pag-aralan bilang isang thermodynamic system. Pinagmulan: Pixabay.

Kung maraming mga variable ang maaaring tukuyin, kailan ang isang variable na itinuturing na estado? Ang mga kung saan ang proseso kung saan nakuha ng variable ang halaga nito ay hindi isinasaalang-alang tulad nito.

Sa kabilang banda, kapag ang likas na katangian ng pagbabagong-anyo ay nakakaimpluwensya sa panghuling halaga ng variable, hindi na ito itinuturing bilang isang variable ng estado. Ang mahahalagang halimbawa nito ay ang trabaho at init.

Ang kaalaman sa mga variable ng estado ay nagbibigay-daan sa pisikal na ilarawan ang system sa isang naibigay na oras t _o . Salamat sa karanasan, ang mga modelo ng matematika ay nilikha na naglalarawan ng kanilang ebolusyon sa paglipas ng panahon at hulaan ang estado sa oras t> t _o .

Masinsinang, malawak at tiyak na mga variable

Sa kaso ng isang gas, na kung saan ay isang sistema na madalas na pinag-aralan sa thermodynamics, ang masa ay isa sa pangunahing estado at pangunahing variable ng anumang sistema. May kaugnayan ito sa dami ng bagay na nilalaman nito. Sa International System ito ay sinusukat sa kg.

Napakahalaga ng masa sa isang sistema at ang mga katangian ng thermodynamic ay inuri ayon sa kung nakasalalay sa mga ito o hindi.

-Antensive: ang mga ito ay independiyenteng ng masa at laki, halimbawa temperatura, presyon, lagkit at sa pangkalahatan ang mga nakikilala sa isang sistema mula sa isa pa.

-Extensive: ang mga nag-iiba sa laki ng system at masa nito, tulad ng bigat, haba at dami.

-Speksyong: ang mga nakuha sa pamamagitan ng pagpapahayag ng malawak na mga katangian ng bawat yunit ng masa. Kabilang sa mga ito ay tiyak na gravity at tiyak na dami.

Upang makilala sa pagitan ng mga uri ng variable, isipin ang paghati sa system sa dalawang pantay na bahagi: kung ang magnitude ay nananatiling pareho sa bawat isa, ito ay isang masinsinang variable. Kung hindi, ang halaga nito ay hiwa sa kalahati.

-Type, dami at temperatura

Dami

Ito ay ang puwang na sinakop ng system. Ang yunit ng lakas ng tunog sa International System ay ang cubic meter: m ³ . Ang iba pang malawak na ginagamit na yunit ay may kasamang cubic pulgada, kubiko paa, at litro.

Pressure

Ito ay isang scalar magnitude na ibinigay ng quotient sa pagitan ng patayo na bahagi ng puwersa na inilalapat sa isang katawan at lugar nito. Ang yunit ng presyon sa International System ay ang newton / m ² o Pascal (Pa).

Bilang karagdagan sa Pascal, ang presyon ay maraming mga yunit na ginagamit ayon sa lugar. Kabilang dito ang psi, kapaligiran (atm), bar, at milimetro ng mercury (mmHg).

Temperatura

Sa interpretasyon nito sa antas ng mikroskopiko, ang temperatura ay ang sukatan ng kinetic enerhiya ng mga molekula na bumubuo sa gas sa ilalim ng pag-aaral. At sa antas ng macroscopic ipinapahiwatig nito ang direksyon ng daloy ng init kapag naglalagay ng dalawang contact sa contact.

Ang yunit ng temperatura sa International System ay ang Kelvin (K) at mayroon ding mga kaliskis ng Celsius (ºC) at Fahrenheit (ºF).

Malutas na ehersisyo

Sa seksyong ito, ang mga equation ay gagamitin upang makuha ang mga halaga ng mga variable kapag ang sistema ay nasa isang partikular na sitwasyon. Ito ay tungkol sa mga equation ng estado.

Ang isang equation ng estado ay isang modelo ng matematika na gumagamit ng mga variable ng estado at modelo ng pag-uugali ng system. Ang isang mainam na gas ay iminungkahi bilang isang bagay ng pag-aaral, na binubuo ng isang hanay ng mga molekula na may kakayahang gumalaw nang malaya ngunit nang hindi nakikipag-ugnay sa bawat isa.

Ang ipinanukalang equation ng estado para sa mga ideal gas ay:

Kung saan ang P ay ang presyon, ang V ang lakas ng tunog, N ang bilang ng mga molekula, at k ang palagiang Boltzmann.

-Ehersisyo 1

Ibinato mo ang mga gulong ng iyong sasakyan sa inirekumenda na presyur ng 3.21 × 10 ⁵ Pa, sa isang lugar kung saan ang temperatura ay -5.00 ° C, ngunit ngayon gusto mong pumunta sa beach, kung saan ito ay 28 ° C. Sa pagtaas ng temperatura, ang dami ng isang gulong ay nadagdagan ng 3%.

Larawan 2. Kapag tumataas ang temperatura mula -5ºC hanggang 28ºC, ang hangin sa gulong ay lumalawak at kung walang pagkalugi. tumataas ang presyon. Pinagmulan: Pixabay.

Hanapin ang pangwakas na presyon sa gulong at ipahiwatig kung lumampas ito sa pagpapahintulot na ibinigay ng tagagawa, na hindi hihigit sa 10% ng inirekumendang presyon.

Solusyon

Ang perpektong modelo ng gas ay magagamit, samakatuwid ang hangin sa mga gulong ay ipapalagay na sundin ang ibinigay na equation. Ipapalagay din nito na walang mga air leaks sa mga gulong, kaya ang bilang ng mga moles ay palaging:

Ang kondisyon na ang pangwakas na dami ay nadagdagan ng 3% ay kasama:

Ang kilalang data ay nahalili at ang pangwakas na presyon ay tinanggal. Mahalaga: ang temperatura ay dapat ipahayag sa Kelvin: T (K) = T (° C) + 273.15

Ang tagagawa ay nagpahiwatig na ang pagpaparaya ay 10%, samakatuwid ang maximum na halaga ng presyon ay:

Maaari mong ligtas na maglakbay sa beach, hindi bababa sa hanggang sa nababahala ang mga gulong, dahil hindi mo lumampas ang naitatag na limitasyon ng presyon.

Mag-ehersisyo 2

Ang isang mainam na gas ay may dami ng 30 litro sa temperatura ng 27 ° C at ang presyon nito ng 2 atm. Ang pagpapanatili ng presyon ng pare-pareho, hanapin ang dami nito kapag pumasa ang temperatura -13 ºC.

Solusyon

Ito ay isang palaging proseso ng presyon (isobaric process). Sa ganitong kaso ang perpektong gas equation ng estado ay nagpapagaan sa:

Ang resulta na ito ay kilala bilang batas ni Charles. Ang magagamit na data ay:

Paglutas at pagpapalit:

Mga Sanggunian

1. Borgnakke. 2009. Mga Batayan ng Thermodynamics. ^Ika- 7 Edition. Wiley at Anak. 13-47.
2. Cengel, Y. 2012. Thermodynamics. 7 ^ma Edition. McGraw Hill. 2-6.
3. Mga pangunahing konsepto ng mga thermodynamic system. Nabawi mula sa: textcientificos.com.
4. Engel, T. 2007. Panimula sa Physicochemistry: Thermodynamics. Pearson. 1-9.
5. Nag, PK 2002. Pangunahin at Inilapat na Thermodynamics. Tata McGraw Hill. 1-4.
6. Pamantasan ng Navojoa. Pangunahing Physicochemistry. Nabawi mula sa: fqb-unav.forosactivos.net