An Chéad Dlí den Ábhar Teirmidinimic
Próiseas Teirmidinimiciúil
Is fuinneamh é teas (Q) a ghluaiseann ó réad amháin go réad eile mar gheall ar dhifríocht teochta. Maidir leis an gcóras agus leis an timpeallacht, is féidir a rá gurb é teas fuinneamh a ghluaiseann ón gcóras go dtí an timpeallacht nó fuinneamh a ghluaiseann ón timpeallacht go dtí an córas mar gheall ar dhifríocht teochta. Má tá teocht an chórais níos airde ná teocht an chomhshaoil, sreabhfaidh teas ón gcóras go dtí an timpeallacht. Os a choinne sin, má tá teocht an chomhshaoil níos airde ná teocht an chórais, sreabhfaidh teas ón timpeallacht go dtí an córas.
Má bhaineann Teas (Q) le haistriú fuinnimh mar gheall ar dhifríocht teochta, baineann Obair (W) le haistriú fuinnimh a tharlaíonn trí mhodhanna meicniúla. Mar shampla, má dhéanann córas obair ar an gcomhshaol, bogfaidh fuinneamh go huathoibríoch ón gcóras go dtí an comhshaol. Os a choinne sin, má dhéanann an comhshaol obair ar an gcóras, bogfaidh fuinneamh ón gcomhshaol go dtí an córas.
Sampla simplí amháin d’aistriú fuinnimh idir córas agus a thimpeallacht lena mbaineann teas agus obair is ea gal te ag brú ar chlúdach pota. Fágann láithreacht teasa go mbrúnn an córas (gal) ar chlúdach an phota (déanann an gal obair ar an timpeallacht). Seo sampla amháin d’athrú i staid córais mar gheall ar aistriú fuinnimh idir an córas agus a thimpeallacht. Tá go leor samplaí eile ann. Tugtar próisis theirmidinimiciúla ar athruithe i staid córais mar gheall ar aistriú fuinnimh idir an córas agus a thimpeallacht lena mbaineann teas agus obair.
Fuinneamh Inmheánach agus an Chéad Dlí den Teirmidinimic
Is é fuinneamh inmheánach (U) córais suim na bhfuinneamh cinéiteach uile atá ag na móilíní sa chóras, móide suim na bhfuinneamh poitéinsiúil uile a eascraíonn as na hidirghníomhaíochtaí idir na móilíní sa chóras. Táimid ag súil, má shreabhann teas ón timpeallacht chuig an gcóras (faigheann an córas fuinneamh), go méadaíonn fuinneamh inmheánach an chórais… Os a choinne sin, má dhéanann an córas obair ar an timpeallacht (scaoileann an córas fuinneamh), go laghdaíonn fuinneamh inmheánach an chórais.
Dá bhrí sin, bunaithe ar phrionsabal chaomhnú fuinnimh, is féidir a thabhairt i gcrích gurb é an t-athrú fuinnimh sa chóras = Teas a chuirtear leis an gcóras (faigheann an córas fuinneamh) – Obair a dhéanann an córas (scaoileann an córas fuinneamh). Go matamaiticiúil:
Baineann an chothromóid seo le córas dúnta (Is córas é córas dúnta nach gceadaíonn ach malartú fuinnimh idir an córas agus an timpeallacht). I gcás córais dúnta scoite, ní théann aon fhuinneamh isteach sa chóras ná ní fhágann sé é, dá bhrí sin, is é an t-athrú san fhuinneamh inmheánach = 0.
Baineann an chothromóid seo le córais oscailte freisin má chuireann muid san áireamh na hathruithe ar fhuinneamh sa chóras mar gheall ar chur leis agus laghdú ar mhéid an ábhair (Is córas é córas oscailte a cheadaíonn malartú ábhair agus fuinnimh idir an córas agus an comhshaol). Ceapadh an chéad dlí den teirmidinimic sa naoú haois déag, tar éis teas a thuiscint mar fhuinneamh a aistrítear mar gheall ar dhifríochtaí teochta.
Is cainníocht í an fuinneamh inmheánach a chuireann síos ar staid mhicreascópach córais. Ní féidir an chainníocht a chuireann síos ar staid mhicreascópach córais (fuinneamh inmheánach) a chinneadh go díreach. Is é an t-athrú san fhuinneamh inmheánach amháin a dhéanaimid anailís air i gcothromóid an Chéad Dlí den Teirmidinimic. Is féidir athruithe san fhuinneamh inmheánach a chinneadh mar gheall ar an bhfuinneamh a chuirtear leis an gcóras agus an fuinneamh a scaoileann an córas i bhfoirm teasa agus oibre. Os a choinne sin, is féidir cainníochtaí a chuireann síos ar staideanna macrascópacha a chinneadh go díreach. Is iad na cainníochtaí a chuireann síos ar staideanna macrascópacha ná teocht (T), brú (p), toirt (V), agus mais (m) nó líon na mól (n). Ní bhíonn teas agus obair i gceist ach sa phróiseas aistrithe fuinnimh idir an córas agus a thimpeallacht; ní cainníochtaí iad a chuireann síos ar staid an chórais.
Rialacha sínithe le haghaidh Teasa (Q) agus Oibre (W)
Tá na rialacha comharthaíochta do Theas agus d'Obair comhsheasmhach le Céad Dlí na Teirmidinimice. Seasann an teas (Q) sa chothromóid thuas don teas a chuirtear leis an gcóras (tá Q dearfach), agus seasann an obair (W) sa chothromóid thuas don obair a dhéanann an córas (tá W dearfach). Má fhágann teas an córas, ansin tá Q diúltach. Os a choinne sin, má dhéantar obair ar an gcóras, ansin tá W diúltach.
Ceist shamplach 1:
Má chuirtear 2000 Giúl teasa le córas, agus an córas ag déanamh 1000 Giúl oibre, cad é an t-athrú i bhfuinneamh inmheánach an chórais?
Plé
Faigheann an córas teas (fuinneamh) breise de 2000 Giúl. Déanann an córas obair (scaoileadh fuinnimh) de 1000 Giúl freisin. Dá bhrí sin, is é an t-athrú i bhfuinneamh an chórais = 1000 Giúl.
Ceist shamplach 2:
Má fhágann 2000 Giúl teasa an córas agus má dhéanann an córas 1000 Giúl oibre, cad é an t-athrú i bhfuinneamh inmheánach an chórais?
Plé
Má fhágann teas an córas, ciallaíonn sé sin go bhfuil luach diúltach ag Q.
Fágann 2000 Giúl teasa an córas (scaoileann an córas fuinneamh). Déantar 1000 Giúl oibre freisin (scaoileann an córas fuinneamh). Dá bhrí sin, laghdaíonn an fuinneamh sa chóras faoi 3000 J.
Ceist shamplach 3:
Má chuirtear 2000 Giúl teasa le córas agus má dhéantar 1000 Giúl oibre ar an gcóras, cad é an t-athrú i bhfuinneamh inmheánach an chórais?
Plé
Má dhéantar obair ar an gcóras, ansin tá W diúltach.
Faigheann an córas teas breise (faigheann an córas fuinneamh) de 2000 Giúl agus déantar obair ar an gcóras (faigheann an córas fuinneamh) de 1000 Giúl. Dá bhrí sin, méadaíonn an fuinneamh sa chóras faoi 3000 Giúl.
Ar dtús , is gáis iad formhór na gcóras a ndéanaimid anailís theoiriciúil orthu sa topaic seo. Úsáidimid gáis toisc go bhfuil a n-airíonna macrascópacha (teocht, brú agus toirt) níos éasca a chinneadh. Agus gáis á n-anailísiú, measaimid fós gur gáis idéalacha iad. Is chun an anailís a shimpliú amháin atá sé seo. Ní úsáidimid fíorgháis toisc go mbíonn fíorgháis ag iompar go difriúil ag brúnna atá ard go leor.
Ar an dara dul síos , más gás idéalach an córas atá á anailísiú againn, is féidir an fuinneamh inmheánach a ríomh trí úsáid a bhaint as an gcothromóid a léiríonn an gaol idir fuinneamh inmheánach gáis idéalaigh agus teocht an gháis idéalaigh: U = 3/2 nRT (an chothromóid fuinnimh inmheánaigh do ghás idéalach aon-adamhach).
An obair a dhéanann an córas le linn an athraithe toirte
Sula dtéimid níos faide, déanaimis machnamh ar dtús ar an obair a dhéanann an córas ar a thimpeallacht. Chun an méid oibre (W) a dhéanann an córas a ríomh, smaoinigh ar ghás idéalach i gcoimeádán atá dúnta le loine. Is féidir an loine a bhogadh suas agus síos. Simplítear an figiúr seo go dhá thoise. Smaoinigh air mar thríthoiseach. Toirt = fad x leithead x airde.
Léirítear gás idéalach le pointí atá suite taobh istigh de choimeádán. Bíonn bun an choimeádáin i dteagmháil le réad ardteochta (cosúil le huisce i bpanna a théitear thar lasair). Níl an réad ardteochta san áireamh sa phictiúr, samhlaigh é i d'intinn 😉 Is é an gás idéalach sa choimeádán an córas, agus is iad na rudaí eile lasmuigh den choimeádán, lena n-áirítear an réad ardteochta atá i dteagmháil le bun an choimeádáin, an timpeallacht. Toisc go bhfuil an teocht chomhthimpeallach níos airde ná teocht an chórais, sreabhann teas go nádúrtha ón timpeallacht go dtí an córas. Fágann cur leis an bhfuinneamh ón timpeallacht go méadaíonn fuinneamh inmheánach an chórais (gás idéalach). Tá fuinneamh inmheánach gáis idéalach comhréireach go díreach leis an teocht (U = 3/2 nRT), dá bhrí sin nuair a mhéadaíonn fuinneamh inmheánach gáis idéalach, méadaíonn teocht an gháis idéalach freisin. Fágann méadú ar theocht gáis idéalach go leathnaíonn an gás idéalach agus go mbrúnn sé an loine achar s. Agus an loine á bhrú achar s, déanann an córas (gás idéalach) obair ar an timpeallacht (aer lasmuigh).
Ar dtús, bíonn brú an chórais ard (P1) agus bíonn toirt an chórais íseal (V1). Bíonn an brú comhréireach inbhéartach leis an toirt. Tar éis don teas sreabhadh ón timpeallacht chuig an gcóras agus don chóras obair a dhéanamh ar an timpeallacht, méadaíonn toirt an chórais (V2) agus laghdaíonn brú an chórais (P2).
Seo an méid oibre a dhéanann an córas sa phróiseas thuas:
Obair (W) = Fórsa sá (F) x díláithriú (s). Ós rud é go bhfuil fórsa sá (F) = brú (P) x achar dromchla (A) an loine, is féidir cothromóid na hOibre a scríobh mar:
W = Fs ‐‐‐‐‐ F = PA
W = PAnna -‐‐‐‐ As = V
W = PV
Tá sé tábhachtach a thabhairt faoi deara go dtarlaíonn an obair a dhéanann córas le linn athrú toirte. Dá bhrí sin, is féidir an obair iomlán a dhéanann an córas a fháil tríd an athrú brú a iolrú faoin athrú toirte. Go matamaiticiúil:
W = (brú deiridh – brú tosaigh)(toirt deiridh – toirt tosaigh)
W = (P² - P¹ ) ( V² - V¹ )
Ar dtús , is féidir an t-athrú i dtoirt an chórais sa phróiseas thuas a chinneadh go héasca. Is féidir toirt tosaigh agus toirt deiridh an chórais a chinneadh trí thoirt an choimeádáin a ríomh. Dá bhrí sin, chun an méid oibre (W) a dhéanann an córas a ríomh, ní mór dúinn a fháil amach conas a athraíonn an brú le linn an phróisis.
Má athraíonn brú (p) córais go neamhrialta de réir mar a athraíonn an toirt (V), is féidir an méid oibre a dhéanann an córas a ríomh trí úsáid a bhaint as calcalas. Mura bhfuil tú eolach ar chalcalas, tá roghanna eile ann ar féidir leat a úsáid. Ar dtús, déanaimis graf a tharraingt a thaispeánann an gaol idir brú agus toirt. An méid oibre a dhéanann an córas = an limistéar scáthaithe faoin gcuar p-V.
Graf brú i gcoinne toirte le haghaidh athruithe brú a tharlaíonn go neamhrialta.
Ar dtús, is é brú an chórais p 1 (brú ard) agus is é toirt an chórais V 1 (toirt íseal). Tar éis don chóras obair a dhéanamh ar an timpeallacht, athraíonn brú an chórais go p 2 (brú íseal) agus athraíonn toirt an chórais go V 2 (toirt ard). Is é an méid oibre (W) a dhéanann an córas an limistéar scáthaithe. Tá cruth na cuaire cuartha toisc go n-athraíonn brú an chórais (gás idéalach) go neamhrialta le linn an phróisis.
Má fhanann brú (p) córais tairiseach de réir mar a athraíonn an toirt (V), is féidir an méid oibre a dhéanann an córas a ríomh go héasca. Is féidir an méid oibre a dhéanann an córas a ríomh trí úsáid a bhaint as cothromóid nó is féidir é a fháil ón limistéar scáthaithe faoin gcuar P-V. Sa chás seo, is féidir an chothromóid oibre thuas a mhodhnú mar seo a leanas:
W = (P² - P¹ ) ( V² - V¹ )
Ós rud é go mbíonn an brú (p) tairiseach i gcónaí, ansin P2 = P1 = P
W = P ( V2 - V1 )
Graf brú i gcoinne toirte do phróiseas ina mbíonn an brú tairiseach i gcónaí, i.e. nach n-athraíonn sé:
Ar dtús, toirt an chórais = V1 (toirt bheag). Tar éis don chóras oibriú ar an timpeallacht, athraíonn toirt an chórais go V2 (toirt mhór). Bíonn brú an chórais tairiseach i gcónaí, rud a chiallaíonn nach n-athraíonn sé. An méid oibre (W) a dhéanann an córas = an limistéar scáthaithe.
Ar an dara dul síos, déanann an córas obair ar an timpeallacht má mhéadaíonn toirt an chórais. Os a choinne sin, déanann an timpeallacht obair ar an gcóras má laghdaíonn toirt an chórais. Mura n-athraíonn toirt an chórais le linn an phróisis, ní féidir leis an gcóras obair a dhéanamh ar an timpeallacht, agus ní féidir leis an timpeallacht obair a dhéanamh ar an gcóras. Sa chás seo, is ionann obair (W) agus 0.
