És el terme utilitzat per englobar la sèrie de estudis i experiments que s'executen sota les lleis de la física, que analitzen de manera detallada el equilibri dels elements terrestres, a més de com el calor i l'energia afecten la vida al planeta i els materials que la conformen. A partir d'això, s'han pogut crear diferents màquines que ajuden en els processos industrials. La paraula ve de les paraules gregues θερμο i δύναμις, les que signifiquen "termo" i "calor.
Què és la termodinàmica
Taula de Continguts
La definició de la termodinàmica assenyala que és la ciència que s'ocupa concretament de les lleis que regeixen la transformació d'energia tèrmica en energia mecànica i viceversa. Es basa en tres principis fonamentals i té evidents implicacions filosòfiques ia més, permeten la formulació de conceptes que figuren entre els de major abast en la física.
Dins d'aquesta s'empren diferents mètodes d'investigació i apreciació dels objectes requerits, com ho poden ser les magnituds extensives i no extensivas.La extensiva estudia la energia interna, la composició molar o el volum i la segona, per la seva part estudia la pressió, temperatura i potencial químic; tot i així, s'utilitzen altres magnituds per a l'anàlisi veraç.
Què estudia la termodinàmica
La termodinàmica estudia els intercanvis de l'energia tèrmica entre sistemes i els fenòmens mecànics i químics que impliquen aquests intercanvis. D'una manera particular s'encarrega de l'estudi dels fenòmens en què hi ha transformació d'energia mecànica en tèrmica o viceversa, fenòmens que reben el nom de transformacions termodinàmiques.
És considerada una ciència fenomenològica, ja que se centra en els estudis macroscòpics dels objectes i altres. De la mateixa manera, fa ús d'altres ciències per poder explicar els fenòmens que busca identificar en els seus objectes d'anàlisi, com ho és la mecànica estadística. Els sistemes termodinàmics utilitzen algunes equacions que ajuden a barrejar les seves propietats.
Entre els seus principis bàsics es pot trobar el de l'energia, que pot ser transferida d'un cos a un altre, per mitjà de la calor. S'aplica a moltes àrees d'estudi com ho és la enginyeria, a l'igual que col·labora amb l'elaboració dels motors, estudiar els canvis de fase, reaccions químiques i forats negres.
Què és un sistema termodinàmic
Es diu sistema termodinàmic a el cos, o conjunt de cossos, sobre el qual té lloc una transformació termodinàmica. L'estudi d'un sistema es fa partint de l'estat, és a dir, de les seves condicions físiques en un instant determinat. A nivell microscòpic, aquest estat pot descriure mitjançant coordenades o variables tèrmiques, com ara la massa, la pressió, la temperatura, etc., que són perfectament mesurables, però a nivell microscòpic s'ha de tenir en compte les fraccions (molècules, àtoms) que constitueixen el sistema i identificar el conjunt de les posicions i velocitats d'aquestes partícules de les quals depèn en última instància les propietats microscòpiques.
A més, un sistema termodinàmic és una regió de l'espai que està subjecta a l'estudi que s'està duent a terme i que està limitada per una superfície que pot ser real o imaginària. La regió fora de el sistema que interactua amb ell, s'anomena entorn de sistema. El sistema termodinàmic interactua amb el seu entorn a través de l'intercanvi de matèria i energia.
La superfície que separa el sistema de la resta del seu context rep el nom de paret, i d'acord als seus característica es classifiquen en tres tipus que són:
Sistema termodinàmic obert
És l'intercanvi entre l'energia i la matèria.
Sistema termodinàmic tancat
No realitza intercanvi de matèria, però si intercanvia energia.
Sistema termodinàmic aïllat
No intercanvia matèria ni energia.
Principis de la termodinàmica
La termodinàmica compta amb certs fonaments que determinen les quantitats físiques bàsiques que representen els sistemes termodinàmics. Aquests principis expliquen com és la seva conducta sota certes condicions i impedeixen el sorgiment de certs fenòmens.
Es diu que un cos està en equilibri tèrmic quan la calor que percep i emet són iguals. En aquest cas la temperatura de tots els seus punts és i es manté constant. Un cas paradoxal d'equilibri tèrmic és un ferro exposat a el sol.
La temperatura d'aquest cos, un cop assolit l'equilibri es manté superior a la de l'ambient pel fet que l'aportació continu d'energia solar es compensa amb la qual el cos irradia i la perd amb la seva conducció i convecció.
El principi zero de la termodinàmica o la llei zero de la termodinàmica aquesta presenti quan dos cossos en contacte són a la mateixa temperatura un cop assolit l'equilibri tèrmic. Es comprèn amb facilitat que el cos més fred s'escalfi i el més calent es refreda, i així va disminuint el flux net de calor entre ells a mesura que es redueix la seva diferència de temperatura.
"> Carregant…Primer principi de la termodinàmica
El primer principi de la termodinàmica és el principi de la conservació de l'energia (pròpiament i d'acord amb la teoria de la relativitat de la matèria-energia) segons la qual aquesta no es crea ni es destrueix, encara que sí pot transformar d'una manera a una altra.
La generalització del principi d'energia ens permet afirmar que la variació de la força interna d'un sistema és la suma de la feina feta i transferit, enunciat lògic a l'haver establert que el treball i la calor són les formes de transferir energia i que aquesta no es crea ni es destrueix.
S'entén per energia interna d'un sistema, la suma de les diferents energies i de totes les partícules que la componen com són: energia cinètica de translació, de rotació i de vibració, energia d'enllaç, de cohesió, etc.
EL primer principi s'ha enunciat, de vegades, com la impossibilitat de l'existència del mòbil perpetu de primera espècie, és a dir, la possibilitat de produir treball sense que es produeixi consum d'energia en alguna de les formes en què es manifesta.
Segon principi de la termodinàmica
Aquest segon principi tracta sobre la irreversibilitat dels esdeveniments físics, sobretot, a l'hora de d'efectuar-se un transferència de calor.
Una gran quantitat de fets experimentals, demostren que les transformacions que es produeixen de forma natural tenen un sentit determinat, sense que s'observi mai, que espontàniament es realitzi en un sentit oposat.
El segon principi de la termodinàmica constitueix una generalització del que l'experiència ensenya sobre el sentit en què es produeixen les transformacions espontànies. Admet diverses formulacions que són en realitat equivalents. Lord Kelvin, físic i matemàtic britànic, el va enunciar en aquests termes en 1851 "És impossible realitzar la transformació l'únic resultat sigui la conversió en treball de la calor extreta d'una sola font de temperatura uniforme"
Aquesta una de les lleis de la termodinàmica més importants de la física; encara podent-se formular de moltes maneres totes porten a l'explicació del concepte de irreversibilitat i al d'entropia. El físic i matemàtic alemany, Rudolf Clausius va establir una desigualtat que es relaciona entre les temperatures d'un nombre arbitrari de fonts tèrmiques i les quantitats de calor absorbides lliurades per elles, quan una substància recorre un procés cíclic qualsevol, reversible o irreversible, intercanviant calor amb les fonts.
En una Central Hidroelèctrica es produeix energia elèctrica a partir de l'energia potencial d'l'aigua embassada. Aquesta potència es transforma en energia cinètica a l'descendir l'aigua per les canonades i una petita part d'aquesta energia cinètica es transforma en força cinètica de rotació d'una turbina, l'eix és solidari amb l'eix de l'inductor d'un alternador el qual genera la força elèctrica.
El primer principi de la termodinàmica ens permet assegurar que en els canvis d'una forma d'energia a una altra no hi ha hagut ni increment ni disminució de la potència inicial, el segon principi ens diu que part d'aquesta energia s'haurà disparat en forma de calor.
Tercer principi de la termodinàmica
La tercera llei va ser desenvolupada pel químic Walther Nernst durant els anys 1906-1912, de manera que sovint se li coneix com el teorema de Nernst o el postulat de Nernst. Aquest tercer principi de la termodinàmica diu que l'entropia d'un sistema de zero absolut és una constant definida. Això és degut a que hi ha un sistema de temperatura zero en el seu estat fonamental, pel que la seva entropia l'determina la degeneració de l'estat fonamental. El 1912, Nernst va establir la llei així: "És impossible per qualsevol procediment aconseguir la isoterma T = 0 en un nombre finit de passos"
processos termodinàmics
En el concepte de la termodinàmica, els processos són els canvis que es produeixen en un sistema i que el porten d'un estat d'equilibri inicial a un estat d'equilibri final. Aquests es classifiquen d'acord a la variable que s'ha mantingut de manera constants al llarg de el procés.
Un procés es pot presentar des la fosa de gel, fins a la ignició d'una barreja d'aire-gasolina per realitzar el moviment dels pistons d'un motor de combustió interna.
Hi ha tres condicions que poden variar en un sistema termodinàmic: temperatura, volum i pressió. Els processos termodinàmics s'estudien en gasos, ja que els líquids són incompressibles i no es produeixen canvis de volum. A més, a causa de les altes temperatures, els líquids es converteixen en gasos. En sòlids, els estudis termodinàmics no es porten a terme perquè són incompressibles i no hi ha treball mecànic en ells.
Tipus de processos termodinàmics
Aquests processos es classifiquen d'acord al seu enfocament, a mantenir una de les variables constants, bé sigui la temperatura, la pressió o el volum. A més s'apliquen altres criteris com és l'intercanvi de l'energia i la modificació de totes les seves variables.
procés isotèrmic
Els processos isotèrmics són tots aquells en què la temperatura d'sistema roman constant. Això es fa treballant, de manera que les altres variables (P i V) canvien amb el temps.
procés isobàrics
El procés isobàric és un en què la pressió roman constant. La variació de la temperatura i el volum definirà el seu desenvolupament. El volum pot canviar lliurement quan es modifica la temperatura.
processos isocóricos
En processos isocóricos el volum roman constant. També es pot considerar com aquells en els quals el sistema no genera cap treball (W = 0).
Bàsicament, són fenòmens físics o químics que s'estudien dins de qualsevol recipient, ja sigui amb agitació o no.
procés adiabàtic
El procés adiabàtic és aquest procés termodinàmic en el qual no hi ha intercanvi de calor des del sistema cap a l'exterior oa l'adreça oposada. Exemples d'aquest tipus de procés són els que es poden realitzar en un termos per a begudes.
"> Carregant…Exemples de processos termodinàmics
- Un exemple de l'procés isocor: El volum de gas es manté d'una manera constant. A l'ocórrer qualsevol tipus de canvi de temperatura vindrà acompanyat d'un canvi de pressió. Com és el cas de el vapor en una olla a pressió, aquesta augmenta la seva pressió a mesura que s'escalfa.
- Com a exemple d'el procés Isoterm: La temperatura de l'gas es manté constant. A mesura que el volum augmenta la pressió disminueix. Per exemple, un globus en una màquina de fer buit, va augmentant el seu volum a mesura que es va fent el buit.
- En relació a l'procés adiabàtic: per exemple, la compressió de l'pistó en una bomba d'inflat de rodes de bicicleta, o la descompressió ràpida de l'èmbol d'una xeringa, realitzant prèviament comprimit amb el forat de sortida taponada.
