ประเภทและตัวอย่างของกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์

กระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ มันเป็นปรากฏการณ์ทางกายภาพหรือทางเคมีที่เกี่ยวข้องกับการไหลของความร้อน (พลังงาน) หรือการทำงานระหว่างระบบและสภาพแวดล้อม เมื่อพูดถึงเรื่องความร้อนอย่างมีเหตุผลนึกถึงภาพของไฟซึ่งเป็นกระบวนการอันยอดเยี่ยมของกระบวนการที่ปลดปล่อยพลังงานความร้อนจำนวนมาก.

ระบบสามารถเป็นได้ทั้ง macroscopic (รถไฟจรวดภูเขาไฟ) และกล้องจุลทรรศน์ (อะตอมแบคทีเรียโมเลกุลโมเลกุลจุดควอนตัม ฯลฯ ) สิ่งนี้ถูกแยกออกจากส่วนที่เหลือของจักรวาลเพื่อพิจารณาความร้อนหรืองานที่เข้าหรือออกจากสิ่งนี้.

อย่างไรก็ตามไม่เพียง แต่มีการไหลของความร้อนเท่านั้น แต่ระบบยังสามารถสร้างการเปลี่ยนแปลงในสภาพแวดล้อมบางอย่างเพื่อตอบสนองต่อปรากฏการณ์ที่พิจารณา ตามกฎหมายอุณหพลศาสตร์จะต้องมีการชดเชยระหว่างการตอบสนองและความร้อนเพื่อให้สสารและพลังงานได้รับการรักษาไว้เสมอ.

ด้านบนใช้ได้กับระบบ macroscopic และ microscopic ความแตกต่างระหว่างตัวแรกและตัวสุดท้ายคือตัวแปรที่พิจารณาเพื่อกำหนดสถานะพลังงานของพวกเขา (ในสาระสำคัญเริ่มต้นและสุดท้าย).

อย่างไรก็ตามแบบจำลองทางอุณหพลศาสตร์มีจุดมุ่งหมายเพื่อเชื่อมโยงโลกทั้งสองโดยการควบคุมตัวแปรเช่นความดันปริมาตรและอุณหภูมิของระบบทำให้ค่าคงที่เหล่านี้บางส่วนเพื่อศึกษาผลกระทบของผู้อื่น.

รุ่นแรกที่อนุญาตให้การประมาณนี้เป็นของอุดมคติก๊าซ (PV = nRT) โดยที่ n คือจำนวนโมลที่เมื่อแบ่งระหว่างโวลุ่ม V จะได้ปริมาตรโมล.

จากนั้นแสดงการเปลี่ยนแปลงระหว่างระบบโดยรอบขึ้นอยู่กับตัวแปรเหล่านี้ผู้อื่นสามารถกำหนดเป็นงาน (PV = W) ที่ขาดไม่ได้สำหรับเครื่องจักรและกระบวนการอุตสาหกรรม.

ในทางตรงกันข้ามตัวแปรทางอุณหพลศาสตร์อีกประเภทหนึ่งที่น่าสนใจสำหรับปรากฏการณ์ทางเคมี สิ่งเหล่านี้เกี่ยวข้องโดยตรงกับการปลดปล่อยหรือการดูดซับพลังงานและขึ้นอยู่กับลักษณะที่แท้จริงของโมเลกุล: การก่อตัวและประเภทของการเชื่อมโยง.

ดัชนี

• 1 ระบบและปรากฏการณ์ในกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์
  • 1.1 ปรากฏการณ์ทางกายภาพและทางเคมี
  • 1.2 ตัวอย่างปรากฏการณ์ทางกายภาพ
  • 1.3 ตัวอย่างปรากฏการณ์ทางเคมี
• 2 ประเภทและตัวอย่างของกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์
  • 2.1 กระบวนการอะเดียแบติก
  • 2.2 กระบวนการความร้อนใต้พิภพ
  • 2.3 กระบวนการ Isobaric
  • 2.4 กระบวนการ Isochoric
• 3 อ้างอิง

ระบบและปรากฏการณ์ในกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์

ในภาพด้านบนมีการแสดงระบบทั้งสามประเภท: ปิดเปิดและอะเดียแบติก.

ในระบบปิดไม่มีการถ่ายโอนสสารระหว่างสิ่งนั้นกับสภาพแวดล้อมเพื่อไม่ให้สิ่งใดเข้าหรือออก แม้กระนั้นพลังงานสามารถข้ามพรมแดนของกล่อง กล่าวอีกนัยหนึ่ง: ปรากฏการณ์ F สามารถปลดปล่อยหรือดูดซับพลังงานดังนั้นจึงแก้ไขสิ่งที่อยู่นอกเหนือกล่อง.

ในอีกทางหนึ่งในระบบเปิดขอบฟ้าของระบบมีเส้นประซึ่งหมายความว่าทั้งพลังงานและสสารสามารถเข้ามาระหว่างสิ่งนี้กับสภาพแวดล้อม.

ในที่สุดในระบบที่แยกได้การแลกเปลี่ยนสสารและพลังงานระหว่างมันกับสภาพแวดล้อมนั้นเป็นโมฆะ ด้วยเหตุนี้ในภาพกล่องที่สามถูกล้อมรอบด้วยฟองสบู่ มีความจำเป็นที่จะต้องชี้แจงว่าสภาพแวดล้อมอาจเป็นส่วนที่เหลือของจักรวาลและการศึกษานั้นเป็นสิ่งที่กำหนดว่าจะพิจารณาขอบเขตของระบบได้ไกลแค่ไหน.

ปรากฏการณ์ทางกายภาพและทางเคมี

ปรากฏการณ์ F คืออะไรโดยเฉพาะ? บ่งชี้โดยตัวอักษร F และภายในวงกลมสีเหลืองปรากฏการณ์คือการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นและสามารถแก้ไขทางกายภาพของสสารหรือการเปลี่ยนแปลงของมัน.

ความแตกต่างคืออะไร? ชัดถ้อยชัดคำ: แรกไม่ทำลายหรือสร้างลิงค์ใหม่ในขณะที่สองไม่.

ดังนั้นกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์สามารถพิจารณาได้ว่าเป็นปรากฏการณ์ทางกายภาพหรือทางเคมี อย่างไรก็ตามทั้งคู่มีการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติโมเลกุลหรืออะตอมร่วมกัน.

ตัวอย่างของปรากฏการณ์ทางกายภาพ

น้ำร้อนในหม้อทำให้เกิดการชนกันของโมเลกุลเพิ่มขึ้นจนถึงจุดที่ความดันของไอเท่ากับความดันบรรยากาศและจากนั้นจะเปลี่ยนเฟสจากของเหลวเป็นก๊าซ กล่าวอีกนัยหนึ่ง: น้ำระเหย.

ที่นี่โมเลกุลของน้ำจะไม่ทำลายพันธะใด ๆ ของพวกเขา แต่พวกเขาได้รับการเปลี่ยนแปลงพลังงาน หรืออะไรที่เหมือนกันก็คือพลังงานภายใน U ของน้ำถูกปรับเปลี่ยน.

ตัวแปรทางอุณหพลศาสตร์สำหรับกรณีนี้คืออะไร ความดันบรรยากาศ P_อดีต, อุณหภูมิที่เกิดจากการเผาไหม้ของแก๊สหุงต้มและปริมาณน้ำ.

ความดันบรรยากาศคงที่ แต่อุณหภูมิของน้ำไม่เป็นเพราะมันถูกทำให้ร้อน หรือปริมาตรเพราะโมเลกุลของมันขยายตัวในอวกาศ นี่คือตัวอย่างของปรากฏการณ์ทางกายภาพภายในกระบวนการ isobaric; นั่นคือระบบอุณหพลศาสตร์ที่ความดันคงที่.

ถ้าคุณใส่น้ำกับถั่วในหม้อความดันล่ะ? ในกรณีนี้ปริมาตรยังคงที่ (ตราบใดที่ยังไม่ปล่อยความดันเมื่อปรุงอาหารธัญพืช) แต่ความดันและอุณหภูมิเปลี่ยนแปลง.

นี่เป็นเพราะก๊าซที่ผลิตไม่สามารถหลบหนีและหมุนรอบบนผนังของหม้อและพื้นผิวของของเหลว เรากำลังพูดถึงปรากฏการณ์ทางกายภาพอื่น แต่อยู่ในกระบวนการ isochoric.

ตัวอย่างของปรากฏการณ์ทางเคมี

มันถูกกล่าวถึงว่ามีตัวแปรทางอุณหพลศาสตร์ที่มีอยู่ในตัวของปัจจัยทางจุลชีววิทยาเช่นโครงสร้างโมเลกุลหรืออะตอม ตัวแปรเหล่านี้คืออะไร? เอนทัลปี (H), เอนโทรปี (S), พลังงานภายใน (U) และพลังงานอิสระของกิ๊บส์ (S).

ตัวแปรภายในสสารนั้นถูกกำหนดและแสดงออกในรูปของตัวแปรทางอุณหพลศาสตร์ขนาดมหึมา (P, T และ V) ตามแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่เลือก (โดยทั่วไปคือโมเดลแก๊สอุดมคติ) ต้องขอบคุณการศึกษาอุณหพลศาสตร์นี้สามารถทำให้เกิดปรากฏการณ์ทางเคมี.

ตัวอย่างเช่นเราต้องการศึกษาปฏิกิริยาทางเคมีของประเภท A + B => C แต่ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นที่อุณหภูมิ 70 ° C เท่านั้น นอกจากนี้ที่อุณหภูมิสูงกว่า 100 ° C แทนที่จะสร้าง C, D จะถูกสร้างขึ้น.

ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้เครื่องปฏิกรณ์ (ชุดประกอบที่ทำปฏิกิริยา) จะต้องรับประกันอุณหภูมิคงที่ประมาณ 70 ° C ดังนั้นกระบวนการจึงเป็นอุณหภูมิ.

ประเภทและตัวอย่างของกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์

กระบวนการอะเดียแบติก

พวกเขาเป็นคนที่ไม่มีการถ่ายโอนสุทธิระหว่างระบบและสภาพแวดล้อม ในระยะยาวรับประกันโดยระบบแยก (กล่องภายในฟอง).

ตัวอย่าง

ตัวอย่างนี้คือ calorimeter ซึ่งกำหนดปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาหรือถูกดูดซับจากปฏิกิริยาทางเคมี (การเผาไหม้การละลายการเกิดออกซิเดชัน ฯลฯ ).

ภายในปรากฏการณ์ทางกายภาพคือการเคลื่อนไหวที่สร้างก๊าซร้อนเนื่องจากแรงดันที่กระทำต่อลูกสูบ ในทำนองเดียวกันเมื่อกระแสอากาศกดบนพื้นผิวโลกอุณหภูมิจะเพิ่มขึ้นเนื่องจากถูกบังคับให้ขยายตัว.

ในทางกลับกันหากพื้นผิวอื่นเป็นก๊าซและมีความหนาแน่นต่ำกว่าอุณหภูมิของมันจะลดลงเมื่อรู้สึกแรงดันสูงทำให้อนุภาคของมันควบแน่น.

กระบวนการอะเดียแบติกเหมาะสำหรับกระบวนการทางอุตสาหกรรมหลายอย่างซึ่งการสูญเสียความร้อนต่ำกว่าหมายถึงประสิทธิภาพที่ลดลงซึ่งสะท้อนให้เห็นในต้นทุน ในการพิจารณาเช่นนี้การไหลของความร้อนจะต้องเป็นศูนย์หรือปริมาณความร้อนที่เข้ามาจะต้องเท่ากับจำนวนที่เข้าสู่ระบบ.

กระบวนการความร้อนใต้พิภพ

กระบวนการความร้อนใต้พิภพคือกระบวนการทั้งหมดที่อุณหภูมิของระบบคงที่ สิ่งนี้ทำได้โดยการทำงานเพื่อให้ตัวแปรอื่น (P และ V) เปลี่ยนแปลงตามเวลา.

ตัวอย่าง

ตัวอย่างของกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ประเภทนี้นับไม่ถ้วน โดยพื้นฐานแล้วกิจกรรมของเซลล์ส่วนใหญ่เกิดขึ้นที่อุณหภูมิคงที่ (การแลกเปลี่ยนไอออนและน้ำผ่านเยื่อหุ้มเซลล์) ภายในปฏิกิริยาทางเคมีทุกคนที่สร้างสมดุลความร้อนจะถือว่าเป็นกระบวนการความร้อน.

การเผาผลาญของมนุษย์จัดการเพื่อรักษาอุณหภูมิของร่างกายคงที่ (ประมาณ 37 ° C) ผ่านปฏิกิริยาทางเคมีที่หลากหลาย นี่คือความสำเร็จด้วยพลังงานที่ได้จากอาหาร.

การเปลี่ยนแปลงเฟสยังเป็นกระบวนการความร้อน ตัวอย่างเช่นเมื่อของเหลวค้างมันจะปล่อยความร้อนป้องกันไม่ให้อุณหภูมิลดลงจนกว่าจะอยู่ในสถานะของแข็ง เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้นอุณหภูมิจะลดลงต่อเนื่องเพราะของแข็งจะไม่ปล่อยพลังงานอีกต่อไป.

ในระบบเหล่านั้นที่เกี่ยวข้องกับก๊าซในอุดมคติการเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายใน U นั้นเป็นศูนย์ดังนั้นความร้อนทั้งหมดจึงถูกนำมาใช้ในการทำงาน.

กระบวนการ Isobaric

ในกระบวนการเหล่านี้ความดันในระบบคงที่โดยแปรผันตามปริมาณและอุณหภูมิ โดยทั่วไปอาจเกิดขึ้นในระบบที่เปิดสู่ชั้นบรรยากาศหรือในระบบปิดซึ่งข้อ จำกัด สามารถเปลี่ยนรูปได้โดยการเพิ่มปริมาณเพื่อที่จะต่อต้านการเพิ่มขึ้นของความดัน.

ตัวอย่าง

ในกระบอกสูบภายในเครื่องยนต์เมื่อความร้อนของแก๊สมันดันลูกสูบซึ่งจะปรับเปลี่ยนปริมาณของระบบ.

หากไม่ใช่ในกรณีนี้ความดันจะเพิ่มขึ้นเนื่องจากระบบไม่มีวิธีลดการชนของชนิดพันธุ์ก๊าซบนผนังของกระบอกสูบ.

กระบวนการ Isochoric

ในกระบวนการ isochoric ปริมาตรยังคงที่ นอกจากนี้ยังถือได้ว่าเป็นสิ่งที่ระบบไม่ได้ทำงาน (W = 0).

โดยทั่วไปมันเป็นปรากฏการณ์ทางกายภาพหรือทางเคมีที่ศึกษาอยู่ในภาชนะบรรจุใด ๆ ไม่ว่าจะด้วยความตื่นเต้นหรือไม่.

ตัวอย่าง

ตัวอย่างของกระบวนการเหล่านี้คือการปรุงอาหารการเตรียมกาแฟการทำให้ไอศกรีมเย็นลงขวดหนึ่งการตกผลึกของน้ำตาลการสลายตัวของตะกอนที่ละลายน้ำได้เล็กน้อยโครมาโตกราฟีแลกเปลี่ยนไอออน.

การอ้างอิง

1. Jones, Andrew Zimmerman (17 กันยายน 2559) กระบวนการทางอุณหพลศาสตร์คืออะไร นำมาจาก: thoughtco.com
2. J. Wilkes (2014) กระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ [PDF] นำมาจาก: หลักสูตร. วอชิงตัน. edu
3. การศึกษา (9 สิงหาคม 2559) กระบวนการทางความร้อน: Isobaric, Isochoric, Isothermal และ Adiabatic นำมาจาก: study.com
4. เควินวันเดร (2018) บางตัวอย่างในชีวิตประจำวันของกฎข้อที่หนึ่งและสองของอุณหพลศาสตร์คืออะไร? Hearst Seattle Media, LLC. นำมาจาก: education.seattlepi.com
5. แลมเบิร์ (2006) กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ นำมาจาก: entropysite.oxy.edu
6. 15 อุณหพลศาสตร์ [PDF] นำมาจาก: wright.edu