TERMODINAMIK DENGE: SINIFLAR VE UYGULAMALAR - FIZIKSEL - 2025

Termodinamik denge izole edilmiş bir sistemin nedeniyle izolasyon için bu durum değiştirme eğilimi dış kuvvetlerin orada verilen yapmak o karakterize edilmesi ve bu ölçülen veya hesaplanan edilebilir değişken olmayan değişikliklere olan bir denge durumu olarak tanımlanır. .

Dikkate alınacak denge sistemleri ve sınıfları çok çeşitlidir. Bir sistem bir hücre, buz gibi bir içecek, yolcularla dolu bir uçak, bir kişi veya bir makine parçası olabilir, bunlardan sadece birkaç örnek. Ayrıca çevreleriyle enerji ve madde alışverişi yapıp yapamayacaklarına bağlı olarak izole edilebilir, kapatılabilir veya açılabilirler.

Kokteylin bileşenleri termal dengede. Kaynak: Pexels.

İzole edilmiş bir sistem çevre ile etkileşime girmez, çevreye hiçbir şey girmez veya çıkmaz. Kapalı bir sistem enerji alışverişi yapabilir, ancak çevredeki ortamla önemli değildir. Son olarak, açık sistem çevre ile değişim yapmakta serbesttir.

Yeterince uzun süre evrimleşmesine izin verilen izole edilmiş bir sistem, kendiliğinden değişkenlerinin sonsuza kadar değerlerini koruyacağı termodinamik dengeye yönelir. Ve açık bir sistem olduğunda, değerleri çevre ile aynı olmalıdır.

Bu, her bir tür tarafından empoze edilen tüm denge koşulları karşılandığı sürece başarılacaktır.

Denge sınıfları

Termal denge

Bir tür temel denge, sıcak bir fincan kahve ve şekerin karıştırıldığı kaşık gibi birçok günlük durumda mevcut olan termal dengedir.

Böyle bir sistem, belirli bir süre sonra kendiliğinden aynı sıcaklığı elde etme eğilimindedir, bundan sonra tüm parçalar aynı sıcaklıkta olduğu için denge gelir.

Bu olurken, sistem genelinde ısı değişimini yönlendiren bir sıcaklık farkı vardır. Her sistemin termal dengeyi sağlamak ve tüm noktalarda aynı sıcaklığa ulaşmak için gevşeme süresi adı verilen bir zamanı vardır.

Mekanik denge

Bir sistemdeki tüm noktalardaki basınç sabit olduğunda, mekanik dengededir.

Kimyasal denge

Bazen malzeme dengesi olarak da adlandırılan kimyasal dengeye, bir sistemin kimyasal bileşimi zaman içinde değişmeden kaldığında ulaşılır.

Genel olarak, bir sistem aynı anda termal ve mekanik dengede olduğunda termodinamik dengede ele alınır.

Termodinamik değişkenler ve durum denklemi

Bir sistemin termodinamik dengesini analiz etmek için incelenen değişkenler çok çeşitlidir, en yaygın kullanılanları basınç, hacim, kütle ve sıcaklıktır. Diğer değişkenler arasında konum, hız ve seçimi incelenen sisteme bağlı olan diğerleri bulunur.

Böylece, bir noktanın koordinatlarını belirtmek, onun tam konumunu bilmeyi mümkün kıldığından, termodinamik değişkenlerin bilinmesi, bir sistemin durumunu kesin olarak belirler. Sistem dengeye geldiğinde, bu değişkenler durum denklemi olarak bilinen bir ilişkiyi karşılar.

Durum denklemi, genel biçimi aşağıdaki olan termodinamik değişkenlerin bir fonksiyonudur:

P basınç olduğunda, V hacimdir ve T sıcaklıktır. Doğal olarak, durum denklemi diğer değişkenler cinsinden ifade edilebilir, ancak daha önce de belirtildiği gibi, bunlar termodinamik sistemleri karakterize etmek için en çok kullanılan değişkenlerdir.

En iyi bilinen durum denklemlerinden biri ideal gazlarınki PV = nRT'dir. Burada n, mol, atom veya molekül sayısıdır ve R, Boltzmann sabitidir: 1.30 x ^10-23 J / K (Joule / Kelvin).

Termodinamik denge ve Termodinamiğin sıfır yasası

A ve T'nin aynı sıcaklığa ulaşması için yeterince uzun süre A sistemi ile temas halinde olan, T olarak adlandıracağımız bir termometreli A ve B iki termodinamik sistemimiz olduğunu varsayalım. Böyle bir durumda A ve T'nin ısıl dengede olması sağlanabilir.

Bir termometre yardımıyla termodinamiğin sıfır yasası doğrulanır. Kaynak: Pexels.

Aynı prosedür daha sonra sistem B ve T ile tekrarlanır. B'nin sıcaklığı A'nınki ile aynı çıkarsa, o zaman A ve B termal denge içindedir. Bu sonuç, Termodinamiğin sıfır yasası veya sıfır ilkesi olarak bilinir ve resmen şu şekilde ifade edilir:

Ve bu ilkeden şu sonuca varılmıştır:

Bu nedenle, aynı sıcaklıkta olmayan termal temas halindeki iki cisim termodinamik dengede düşünülemez.

Entropi ve termodinamik denge

Bir sistemi termal dengeye ulaşmaya yönlendiren entropidir, sistemin dengeye ne kadar yakın olduğunu gösteren ve düzensizlik durumunun göstergesi olan bir büyüklüktür. Ne kadar çok düzensizlik olursa, entropi o kadar fazla olur, bir sistem çok düzenli ise tam tersi olur, bu durumda entropi azalır.

Termal denge durumu tam olarak maksimum entropi durumudur, yani izole edilmiş herhangi bir sistem kendiliğinden daha büyük bir düzensizlik durumuna geçer.

Şimdi, sistemdeki termal enerjinin transferi entropisindeki değişim tarafından yönetiliyor. Entropi S olsun ve Yunan harfi "delta" ile ondaki değişimi gösterelim: ΔS. Sistemi başlangıç ​​durumundan son duruma getiren değişiklik şu şekilde tanımlanır:

Bu denklem yalnızca tersine çevrilebilir işlemler için geçerlidir. Sistemin başlangıç ​​koşullarına tam olarak dönebildiği ve yol boyunca her noktada termodinamik dengede olduğu süreç.

Entropi artışı olan sistemlere örnekler

- Daha sıcak bir gövdeden daha soğuk bir gövdeye ısı transferinde, entropi her ikisinin sıcaklığı aynı olana kadar artar, ardından sistem izole edilirse değeri sabit kalır.

- Entropinin artmasının bir başka örneği de, tuz tamamen çözülür çözülmez dengeye ulaşana kadar sodyum klorürün suda çözünmesidir.

- Eriyen bir katıda, moleküller katı olan daha düzenli bir durumdan sıvı olarak daha düzensiz duruma geçtikleri için entropi de artmaktadır.

- Bazı spontan radyoaktif bozunma türlerinde, ortaya çıkan parçacık sayısı ve bununla birlikte sistemin entropisi artar. Parçacık yok oluşunun meydana geldiği diğer bozunmalarda, kütlenin sonunda ısıyı dağıtan kinetik enerjiye dönüşümü olur ve entropi de artar.

Bu tür örnekler, termodinamik dengenin göreceli olduğunu vurgulamaktadır: bir sistem, örneğin bir fincan kahve + çay kaşığı sistemi dikkate alındığında, yerel olarak termodinamik dengede olabilir.

Ancak kahve fincanı + kaşık + ortam sistemi, kahve tamamen soğuyana kadar termal dengede olmayabilir.

Referanslar

1. Bauer, W. 2011. Mühendislik ve Bilimler için Fizik. Cilt 1. Mc Graw Hill. 650-672.
2. Cengel, Y. 2012. Termodinamik. 7 ^ma Sürümü. McGraw Hill. 15-25 ve 332-334.
3. Termodinamik. Kurtarıldığı yer: ugr.es.
4. Ulusal Rosario Üniversitesi. Fizikokimyasal I. Rephip.unr.edu.ar'dan alındı
5. Watkins, T. Entropi ve Parçacık ve Nükleer Etkileşimlerde Termodinamiğin İkinci Yasası. San Jose Eyalet Üniversitesi. Kurtarıldı: sjsu.edu.
6. Vikipedi. Termodinamik denge. En.wikipedia.org adresinden kurtarıldı.