TERMODINAMIK DEĞIŞKENLER: NELERDIR VE ÇÖZÜLMÜŞ ALIŞTIRMALAR - FIZIKSEL - 2025

Termodinamik değişkenler ya da durum değişkenlerinin, bir termodinamik sistemde, en tanıdık basınç, hacim, sıcaklık ve kütle karakterize olan makroskopik miktarlardır. Birden çok girdi ve çıktıya sahip sistemleri tanımlamada çok kullanışlıdırlar. Daha önce bahsedilenlerin dışında çok sayıda eşit derecede önemli durum değişkeni vardır. Yapılan seçim sisteme ve karmaşıklığına bağlıdır.

Yolcularla veya arabalarla dolu bir uçak, sistem olarak düşünülebilir ve değişkenleri, kütle ve sıcaklığa ek olarak, yakıt miktarını, coğrafi konumu, hızı, ivmeyi ve tabii ki daha fazlasını içerir.

Şekil 1. Bir uçak, termodinamik bir sistem olarak incelenebilir. Kaynak: Pixabay.

Bu kadar çok değişken tanımlanabiliyorsa, bir değişken ne zaman durum olarak kabul edilir? Değişkenin değerini elde ettiği sürecin önemli olmadığı kabul edilir.

Öte yandan, dönüşümün doğası değişkenin son değerini etkilediğinde, artık bir durum değişkeni olarak değerlendirilmez. Bunların önemli örnekleri iş ve ısıdır.

Durum değişkenlerinin bilgi fiziksel olarak belirli bir zaman t sistemi tarif sağlar _o . Tecrübe sayesinde, zaman içindeki evrimlerini tanımlayan ve t> t _o anındaki durumu tahmin eden matematiksel modeller yaratılır .

Yoğun, kapsamlı ve spesifik değişkenler

Termodinamikte sıkça çalışılan bir sistem olan gaz durumunda, kütle herhangi bir sistemin ana durumlarından ve temel değişkenlerinden biridir. İçerdiği madde miktarı ile ilgilidir. Uluslararası Sistemde kg cinsinden ölçülür.

Bir sistemde kütle çok önemlidir ve termodinamik özellikler ona bağlı olup olmadıklarına göre sınıflandırılır:

-Yoğun: kütle ve boyuttan bağımsızdırlar, örneğin sıcaklık, basınç, viskozite ve genel olarak bir sistemi diğerinden ayıranlar.

- Kapsamlı: Sistemin büyüklüğüne ve ağırlığı, uzunluğu ve hacmi gibi kütlesine göre değişenler.

-Özel: Kütle birimi başına kapsamlı özellikler ifade edilerek elde edilenler. Bunlar arasında özgül ağırlık ve özgül hacim vardır.

Değişken türlerini ayırt etmek için sistemi iki eşit parçaya böldüğünüzü hayal edin: büyüklük her birinde aynı kalırsa, yoğun bir değişkendir. Aksi takdirde değeri yarıya indirilir.

-Basınç, hacim ve sıcaklık

Ses

Sistemin kapladığı alandır. Uluslararası Sistemde hacminin birim metreküp geçerli: m ³ . Yaygın olarak kullanılan diğer birimler arasında kübik inç, kübik fit ve litre bulunur.

Basınç

Bir cisme uygulanan kuvvetin dikey bileşeni ile alanı arasındaki bölümle verilen skaler büyüklüktür. Uluslararası Sistemde basınç birimi newton / m ² ya da Pascal (Pa).

Pascal'a ek olarak, basıncın bölgeye göre kullanılan çok sayıda birimi vardır. Bunlar arasında psi, atmosfer (atm), barlar ve milimetre cıva (mmHg) bulunur.

Sıcaklık

Mikroskobik seviyedeki yorumunda sıcaklık, incelenen gazı oluşturan moleküllerin kinetik enerjisinin ölçüsüdür. Ve makroskopik seviyede, iki sistemi birbirine bağlarken ısı akışının yönünü gösterir.

Uluslararası Sistemdeki sıcaklık birimi Kelvin (K) 'dir ve Santigrat (ºC) ve Fahrenheit (ºF) ölçekleri de vardır.

Çözülmüş egzersizler

Bu bölümde, sistem belirli bir durumda olduğunda değişkenlerin değerlerini elde etmek için denklemler kullanılacaktır. Durum denklemleri ile ilgili.

Bir durum denklemi, durum değişkenlerini kullanan ve sistemin davranışını modelleyen matematiksel bir modeldir. İdeal bir gaz, birbirleriyle etkileşime girmeden serbestçe hareket edebilen bir dizi molekülden oluşan bir çalışma konusu olarak önerilmektedir.

İdeal gazlar için önerilen durum denklemi:

P basınç, V hacim, N molekül sayısı ve k Boltzmann sabitidir.

-1. Egzersiz

Sen 3.21 × 10 üreticinin tavsiye edilen basınca aracınızın lastiklerini şişirilmiş ⁵ sıcaklık -5,00 ° C olan bir yerde, Pa, ancak şimdi bunun 28 olan sahile gitmek istiyorum ° C Sıcaklığın artmasıyla birlikte bir lastiğin hacmi% 3 artmıştır.

Şekil 2. Sıcaklık -5ºC'den 28ºC'ye çıktığında, lastiklerdeki hava ve kayıp yoksa genişler. basınç artar. Kaynak: Pixabay.

Lastikteki son basıncı bulun ve üretici tarafından önerilen basıncın% 10'unu geçmeyecek toleransı aşıp aşmadığını belirtin.

Çözüm

İdeal gaz modeli mevcuttur, bu nedenle lastiklerdeki havanın verilen denklemi takip ettiği varsayılacaktır. Ayrıca lastiklerde hava sızıntısı olmadığını varsayacaktır, bu nedenle mol sayısı sabittir:

Nihai hacmin% 3 artması koşulu dahildir:

Bilinen veriler ikame edilir ve son basınç temizlenir. Önemli: Sıcaklık Kelvin cinsinden ifade edilmelidir: T (K) = T (° C) + 273.15

Üretici toleransın% 10 olduğunu belirtti, bu nedenle basıncın maksimum değeri:

Belirlenen basınç sınırını aşmadığınız için en azından lastikler söz konusu olduğunda güvenli bir şekilde plaja gidebilirsiniz.

Egzersiz 2

İdeal bir gaz 27 ° C sıcaklıkta 30 litre hacme ve 2 atm basıncına sahiptir. Basıncı sabit tutarak, sıcaklık -13 ºC'yi geçtiğinde hacmini bulun.

Çözüm

Sabit bir basınç işlemidir (izobarik süreç). Böyle bir durumda ideal gaz hal denklemi aşağıdakileri basitleştirir:

Bu sonuç, Charles yasası olarak bilinir. Mevcut veriler şunlardır:

Çözme ve ikame etme:

Referanslar

1. Borgnakke. 2009. Termodinamiğin Temelleri. 7 ^inci Sürümü. Wiley and Sons. 13-47.
2. Cengel, Y. 2012. Termodinamik. 7 ^ma Sürümü. McGraw Hill. 2-6.
3. Termodinamik sistemlerin temel kavramları. Textscientificos.com'dan kurtarıldı.
4. Engel, T. 2007. Fizikokimyaya Giriş: Termodinamik. Pearson. 1-9.
5. Nag, PK 2002. Temel ve Uygulamalı Termodinamik. Tata McGraw Hill. 1-4.
6. Navojoa Üniversitesi. Temel Fizikokimya. Kurtarıldı: fqb-unav.forosactivos.net