Lahatsoratra Dingana Termodinamika: Isothermal Adiabatic Isochoric Isobaric
Misy dingana thermodynamic efatra, dia ny dingana Isothermal, isochoric, isobaric ary adiabatika.
Dingana Isothermal (hafanana tsy miova)
Ao anatin'ny dingana isothermal, ny mari-pana ao amin'ny rafitra dia tazonina ho tsy miova. Ara-teoria, ny rafitra dinihina dia gazy idealy. Ny mari-pana ao amin'ny gazy idealy dia mifanandrify mivantana amin'ny angovon'ny gazy anatiny idealy (U = 3/2 n RT). Tsy miova ny T, noho izany dia tsy miova koa ny U. Noho izany, raha ampiharina amin'ny dingana isothermal, ny lalàna voalohany amin'ny fampitoviana thermodynamic dia lasa:
Δ U = Q – W
Tsy miova ny angovo anatiny, noho izany Δ U = 0.
0 = Q – W
Q = W
Mifototra amin'ity fampitoviana ity, ao amin'ny dingana isothermal (hafanana tsy miova), ny hafanana (Q) ampiana amin'ny rafitra dia ampiasain'ny rafitra hanaovana asa (W).
Asehon'ny grafika etsy ambany ny fiovan'ny tsindry sy ny volume ao amin'ny rafitra ao amin'ny dingana isothermal:
Ny habetsaky ny rafitra voalohany = V1 (vovony kely) sy ny tsindrin'ny rafitra = P1 (tsindry lehibe). Mba tsy hiovaova ny mari-pana ao amin'ny rafitra dia mivelatra ny rafitra ary miasa amin'ny tontolo iainana rehefa ampiana hafanana ao amin'ny rafitra. Rehefa miasa amin'ny tontolo iainana ny rafitra dia miova ho V ny haben'ny rafitra2 (mitombo ny haben'ny rafitra) ary miova ho P ny tsindrin'ny rafitra2 (fihenan'ny tsindrin'ny rafitra). Miolikolika ny endriky ny grafika satria tsy miova tsy tapaka ny tsindrin'ny rafitra mandritra ny dingana. Ny habetsaky ny asa vita amin'ny rafitra = faritra misy alokaloka.
Dingana Adiabatika
Ao amin'ny dingana adiabatika, tsy misy hafanana ampiana ao amin'ny rafitra na miala amin'ny rafitra (Q = 0). Mety hitranga amin'ny rafitra mihidy tsara ny dingana adiabatika. Ho an'ny rafitra mihidy tsara voaaro, mazàna tsy misy hafanana mikoriana ao amin'ny rafitra na miala amin'ny rafitra. Mety hitranga amin'ny rafitra mihidy izay tsy mitokana ihany koa ny dingana adiabatika.
Amin'ity tranga ity, tsy maintsy atao haingana ny dingana mba tsy hidiran'ny hafanana ao amin'ny rafitra na hiala amin'ny rafitra. Raha ampiharina amin'ny dingana adiabatika, dia hiova ny lalàna voalohany momba ny fitoviana Thermodynamic:
Δ U = Q – W
Tsy misy hafanana miditra na mivoaka ny rafitra, noho izany Q = 0.
Δ U = 0 – W
Δ U = -W
Raha tsindriana haingana ny rafitra (misy asa atao amin'ny rafitra), dia ratsy ny asa. Satria ratsy ny W, dia tsara ny U (mitombo ny angovo ao amin'ny rafitra). Mifanohitra amin'izany, raha mivelatra haingana ny rafitra (miasa ny rafitra), dia tsara ny W. Koa satria tsara ny W, dia ratsy ny U (mihena ny angovo ao amin'ny rafitra). Mifanohitra amin'ny mari-pana ny angovo ao amin'ny rafitra (gaz idealy) (U = 3/2 n RT), noho izany raha mitombo ny angovo ao amin'ny rafitra dia mitombo ihany koa ny mari-pana ao amin'ny rafitra. Mifanohitra amin'izany, raha mihena ny angovo ao amin'ny rafitra, dia mihena ny mari-pana ao amin'ny rafitra.
Asehon'ny grafika etsy ambany ny fiovan'ny tsindry sy ny volume amin'ny rafitra ao amin'ny dingana adiabatika:
Mideza kokoa noho ny mideza isothermal (mideza 1-3) ny fiolahana adiabatika ato amin'ity grafika ity (fiolahana 1-2). Io fahasamihafan'ny mideza io dia mampiseho fa amin'ny fitomboan'ny volume mitovy, dia mihena kokoa ny tsindrin'ny rafitra ao amin'ny dingana adiabatika noho ny dingana isothermal. Mihena kokoa ny tsindrin'ny rafitra ao amin'ny dingana adiabatika satria rehefa mitranga ny fanitarana adiabatika, dia mihena ihany koa ny mari-pana ao amin'ny rafitra. Mifanohitra amin'ny tsindry ny mari-pana, noho izany raha mihena ny mari-pana ao amin'ny rafitra, dia mihena ihany koa ny tsindrin'ny rafitra. Mifanohitra amin'ny dingana isothermal, dia tsy miova foana ny mari-pana ao amin'ny rafitra. Noho izany, ao amin'ny dingana isothermal, dia tsy misy fiantraikany amin'ny fihenan'ny tsindry ny mari-pana.
Ohatra iray amin'ny dingana adiabatika mitranga ao amin'ny motera fandoroana anatiny, toy ny motera diesel sy ny motera lasantsy. Ao amin'ny motera diesel, ampidirina ao anaty cylinder ny rivotra, ary tsindriana haingana amin'ny fampiasana piston ny rivotra ao anatin'ny cylinder (asa atao amin'ny rivotra). Ny dingana famoretana adiabatika (fampihenana ny volume amin'ny rafitra) dia aseho amin'ny fiolahana 2-1. Noho ny tsindry adiabatika haingana, miakatra haingana ny mari-pana. Miaraka amin'izany, atsipy ao anaty cylinder amin'ny alàlan'ny injector ny diesel, ary miasa avy hatrany ny fangaro. Ao amin'ny motera lasantsy, ampidirina ao anaty cylinder ny fangaroan'ny rivotra sy lasantsy ary avy eo tsindriana haingana amin'ny fampiasana piston. Satria atosika haingana amin'ny fomba adiabatika izy io, miakatra haingana ny mari-pana. Miaraka amin'izany, mirehitra ny bougie ka mitranga ny dingana fandoroana.
Dingana Isokorika (habe tsy miova)
Ao amin'ny dingana Isochoric, ny haben'ny rafitra dia tazonina ho tsy miova. Koa satria tsy miova foana ny haben'ny rafitra, dia tsy afaka miasa amin'ny tontolo iainana ny rafitra. Tsy afaka manao asa amin'ny rafitra koa ny tontolo iainana. Raha ampiharina amin'ny dingana isochoric, dia miova ho: ny lalàna voalohany amin'ny equation thermodynamic
Δ U = Q – W
Tsy miasa amin'ny tontolo iainana ny rafitra, ka W = 0
ΔU = Q – 0
ΔU = Q
Avy amin'ity vokatra ity, afaka manatsoaka hevitra isika fa ao amin'ny dingana isokorika (habe tsy miova), ny hafanana (Q) ampiana ao amin'ny rafitra dia ampiasaina hampitomboana ny angovo ao amin'ny rafitra. Ny fiovan'ny tsindry sy ny habe ao amin'ny rafitra ao amin'ny dingana isokorika dia asehon'ny grafika etsy ambany:
Amin'ny voalohany, ny tsindrin'ny rafitra = p 1 (tsindry kely). Ny hafanana fanampiny ao amin'ny rafitra dia mahatonga ny angovo ao amin'ny rafitra hitombo. Rehefa mitombo ny angovo ao amin'ny rafitra dia mitombo ny mari-pana (gaz idealy) (U = 3/2 n RT). Mifanohitra mivantana amin'ny tsindry ny mari-pana. Noho izany, raha mitombo ny mari-pana, dia mitombo ny tsindrin'ny rafitra (p 2 ). Noho ny habetsaky ny rafitra tsy miova, dia tsy misy asa vita (tsy misy faritra misy aloka).
Ao amin'ny dingana isokorika, ny rafitra dia tsy afaka manao asa amin'ny tontolo iainana. Toy izany koa, ny tontolo iainana dia tsy afaka manao asa amin'ny rafitra. Izany dia satria, ao amin'ny dingana isokorika, ny haben'ny rafitra dia tsy miova foana. Misy karazana asa sasany izay tsy misy fiovana amin'ny haben'ny. Koa na dia tsy miova aza ny haben'ny rafitra, dia mbola azo atao amin'ny rafitra ny asa. Ohatra, misy mpankafy + bateria ao anaty fitoeran-javatra mihidy. Ny mpankafy dia afaka mihodina amin'ny fampiasana angovo avy amin'ny bateria. Amin'ity tranga ity, ny mpankafy, ny bateria ary ny rivotra ao anatin'ny fitoeran-javatra dia heverina ho rafitra.
Rehefa mihodina ny mpankafy dia miasa ihany koa izy, toy ny ao anaty fitoeran-javatra. Mandritra izany fotoana izany, miova ho angovo eny amin'ny rivotra ny angovo kinetikan'ny mpankafy. Mazava ho azy fa mihena ny angovo elektrika ao amin'ny bateria satria niova endrika ho angovo eny amin'ny rivotra. Ity ohatra ity dia mampiseho fa ao amin'ny dingana isokorika (tsy miova foana ny volume), dia mbola azo atao ny asa amin'ny rafitra (asa izay tsy misy fiovan'ny volume).
Dingana Isobarika (tsindry tsy miova)
Ao anatin'ny dingana isobarika, ny tsindrin'ny rafitra dia tazonina ho tsy miova. Koa satria tsy miova ny tsindry, ny fiovan'ny angovo anatiny ( ΔU ), ny hafanana (Q) ary ny asa (W) ao anatin'ny dingana isobarika dia tsy aotra. Noho izany, ny raikipohy termodinamika lalàna voalohany dia tsy niova.
ΔU = Q − W
Asehon'ny grafika etsy ambany ny fiovan'ny tsindry sy ny haben'ny entona ao amin'ny dingana isobarika:
Voalohany, ny haben'ny rafitra = V1 (habe kely). Satria tsy miova ny tsindry, ka rehefa ampiana hafanana ao amin'ny rafitra dia mivelatra ny rafitra ary miasa amin'ny tontolo iainana. Rehefa miasa amin'ny tontolo iainana dia miova ho V ny haben'ny rafitra2 (fitomboan'ny haben'ny rafitra). Habetsaky ny asa (W) vita amin'ny rafitra = faritra misy alokaloka.
Fanontaniana 1:
Ny fiolahana 1-2 amin'ny kisarisary roa etsy ambany dia mampiseho ny fivelaran'ny entona (fitomboan'ny habetsaky ny entona) izay mitranga amin'ny fomba adiabatika sy isothermal. Amin'ny dingana inona no kely kokoa ny asa ataon'ny entona?
Ny asa ataon'ny entona ao amin'ny dingana adiabatika dia kely kokoa noho ny asa ataon'ny entona ao amin'ny dingana isothermal. Ny velaran-tany misy aloka = ny asa ataon'ny entona mandritra ny dingana fanitarana (fitomboan'ny habetsaky ny entona). Ny velaran-tany misy aloka ao amin'ny dingana adiabatika dia kely kokoa noho ny velaran-tany misy aloka amin'ny dingana isothermal.
Fanontaniana 2:
Aseho amin'ny sary etsy ambany ny dingana termodinamika. Fiolahana ab sy dc = dingana isokorika (volume tsy miova). Fiolahana bc sy ad = dingana isobarika (tsindry tsy miova). Ao amin'ny dingana ab, ampiana hafanana (Q) 600 Joules ao amin'ny rafitra. Ao amin'ny dingana bc, ampiana hafanana (Q) 800 Joules ao amin'ny rafitra.
a) Fiovan'ny angovo ao amin'ny dingana ab
b) Fiovan'ny angovo ao amin'ny dingana abc
c) Hafanana manontolo nampiana tamin'ny dingana ADC
P 1 = 2 x 10 5 Pa = 2 x 10 5 N / m 2
P 2 = 4 x 10 5 Pa = 4 x 10 5 N / m 2
V 1 = 2 litatra = 2 dm 3 = 2 x 10 -3 m 3
V 2 = 4 litatra = 2 dm 3 = 4 x 10 -3 m 3
vahaolana
a) Fiovan'ny angovo anatiny ao amin'ny fizotran'ny ab
Ao amin'ny dingana ab, hafanana 600 J no ampiana ao amin'ny rafitra. Dingana ab = dingana isokorika (volume tsy miova). Ao amin'ny dingana isokorika, ny fanampiana hafanana ao amin'ny rafitra dia mampitombo ny angovo ao amin'ny rafitra ihany. Noho izany, miova ny angovo ao amin'ny rafitra rehefa avy mahazo hafanana:
ΔU = Q
ΔU = 600 J
b) Fiovan'ny angovo ao amin'ny dingana abc
Fizotry ny ab = fizotry ny isokorika (habe tsy miova). Ao amin'ny fizotry ny ab, hafanana 600 J no ampiana ao amin'ny rafitra. Noho ny habe tsy miova, dia tsy misy asa ataon'ny rafitra.
Fizotry ny bc = fizotry ny isobarika (tsindry tsy miova). Ao amin'ny fizotry ny bc, ny hafanana (Q) 800 Joules dia ampiana amin'ny rafitra. Ao amin'ny fizotry ny isobarika, ny rafitra dia afaka manao asa. Ny habetsaky ny asa ataon'ny rafitra ao amin'ny fizotry ny bc (fizotry ny isobarika) dia:
W = P (V 2 – V 1 ) — tsindry tsy miova
W = P₂ ( V₂ – V₂ )
W = 4 x 105 N / m² ( 4 x 10 -3 m³ – 2 x 10 -3 m³ )
W = 4 x 105 N / m² ( 2 x 10-3 m² )
W = 8 x 106 Joule
W = 800 Joule
Ny hafanana manontolo nampiana tao amin'ny rafitra tao amin'ny dingana abc dia:
Q manontolo = Q ab + Q bc
Q manontolo = 600 J + 800 J
Q manontolo = 1400 Joules
Ny asa manontolo ataon'ny rafitra ao amin'ny dingana abc dia:
W manontolo = W ab + W bc
W manontolo = 0 + W bc
W manontolo = 0 + 800 Joule
W manontolo = 800 Joule
Fiovan'ny angovo anatiny amin'ny dingana abc = 600 J
c) Hafanana manontolo nampiana tamin'ny dingana ADC
Azo kajy amin'ny alalan'ny fampitoviana etsy ambany ny hafanana manontolo nampiana tao amin'ny rafitra:
ΔU = Q - W
Q = ΔU + W
Ny hafanana manontolo nampiana tamin'ny adc an'ny dingana = fiovan'ny angovo anatiny ao amin'ny adc + asa ao anatin'ny dingana adc.
Ny hafanana sy ny asa dia tafiditra amin'ny famindrana angovo eo amin'ny rafitra sy ny tontolo iainana, raha ny fiovan'ny angovo anatiny kosa dia vokatry ny famindrana angovo eo amin'ny rafitra sy ny tontolo iainana. Noho izany, ny fiovan'ny angovo dia tsy miankina amin'ny fizotran'ny famindrana angovo. Etsy ankilany, ny hafanana sy ny asa dia miankina amin'ny fizotrany. Ao amin'ny fizotran'ny isochoric (rafitra volume tsy miova), ny famindrana angovo dia amin'ny endrika hafanana ihany, fa ny asa kosa tsy izany. Ao amin'ny fizotran'ny isobaric (tsindry tsy miova), ny famindrana angovo dia misy hafanana sy asa. Na dia tsy miankina amin'ny fizotrany aza, ny angovo dia miova arakaraka ny toetry ny voalohany sy ny toetry ny rafitra farany. Raha mitovy ny toetry ny voalohany sy ny farany, dia mitovy foana ny fiovan'ny angovo, na dia samy hafa aza ny fizotrany.
Ny toetry ny voalohany sy farany ho an'ny dingana abc amin'ny grafika etsy ambony = ny toetry ny voalohany sy farany amin'ny dingana adc. Noho izany, ny fiovan'ny angovo anatiny amin'ny dingana adc = 600 J.
Ny asa (W) manontolo vita amin'ny adc = dingana W amin'ny ad + W amin'ny dingana dc.
Ny dingana ad dia dingana isobarika (tsindry tsy miova), raha ny dingana dc kosa dia dingana isochorika (volume tsy miova). Noho ny volume tsy miova, dia tsy misy asa atao amin'ny dingana dc. Voalohany, kajintsika ny asa atao amin'ny dingana ad.
W ad = P (V 2 ‐ V 1 )
W ad = P1 ( V2 ‐ V1 )
W ad = 2 x 10⁺5 N / m² ( 4 x 10‐3 m³ ‐ 2 x 10‐3 m³ )
W ad = 2 x 10⁻¹ N / m² ( 2 x 10‐3 m² )
W ad = 4 x 102 Joule
W ad = 400 Joule
W manontolo = W amin'ny dingana a-d + W amin'ny dingana d-c
W manontolo = 400 Joules + 0
W manontolo = 400 Joule
Noho izany, ny habetsaky ny hafanana nampiana tamin'ny fizotran'ny ADC dia:
Q = ΔU + W
Q = 600 J + 400 J
Q = 1000 J
Fanontaniana 3:
Miova ho etona 1671 litatra ny rano 1 litatra rehefa andrahoina amin'ny tsindry 1 atm. Kajio ny fiovan'ny angovo anatiny sy ny asa ataon'ny rano rehefa lasa etona … (Hafanana etona ho an'ny rano = L V = 22.6 x 10 5 J/Kg)
vahaolana
Hakitry ny rano = 1000 kg/ m3
Hafanana amin'ny etona ho an'ny rano (L V ) = 22.6 x 10 5 J / Kg
P = 1 atm = 1.013 x 105 Pa = 1.013 x 105 N / m2
V 1 = 1 litatra = 1 dm 3 = 1 x 10 -3 m 3 (Haben'ny rano)
V 2 = 1671 litatra = 1671 dm 3 = 1671 x 10 -3 m 3 (Haben'ny etona)
a) Fiovan'ny angovo anatiny
Fiovan'ny angovo anatiny = Hafanana ampiana amin'ny rano miiba Asa ataon'ny rano rehefa etona. Isa voalohany Hafanana (Q) ampiana amin'ny rano …
Q = m L V
Hakitry ny rano = lanjan'ny rano / haben'ny rano
Lanjan'ny rano (m) = hakitroky ny rano x haben'ny rano
Lanjan'ny rano (m) = (1000 kg/m³ ) ( 1 x 10 -3 m³ )
Lanjan'ny rano (m) = (1000 kg/m³ ) (0.001 m³ )
Lanjan'ny rano (m) = 1 kg
Q = (1 kg) (22.6 x 105 J / kg)
Q = 22.6 x 10 5 J
Kajy ny asa (W) ataon'ny rano rehefa etona. Ny fampangotrahana ny rano dia mitranga amin'ny tsindry tsy miova (dingana isobarika).
W = p (V 2 – V 1 )
W = 1.013 x 105 N /m² ( 1671 x 10 -3 m³ – 1 x 10 -3 m³ )
W = 1.013 x 105 N / m² ( 1670 x 10-3 m² )
W = 1691.71 x 105 Joules
W = 1.7 x 105 Joules
Fiovana eo amin'ny angovo anatiny ao anaty rano:
ΔU = Q - W
ΔU = 22.6 x 10 5 J – 1.7 x 10 5 J
ΔU = 20.9 x 10 5 J
ΔU = 21 x 10 5 J
Ny hafanana 21 x 10 5 Joule ampiana amin'ny rano dia ampiasaina hampitomboana ny angovo anatiny (fandresena ny hery misintona eo amin'ireo molekiola izay mitazona ny rano ho ranoka). Raha lazaina amin'ny teny hafa, ny 21 x 10 5 J dia ampiasaina hanovana ny rano ho etona. Rehefa lasa etona ny rano, ny 1.7 x 10 5 J sisa dia ampiasaina hanaovana asa.
Fanontaniana 4:
Miitatra haingana amin'ny fomba adiabatika ny môlan'ny entona 1 ao anaty varingarina. Amin'ny voalohany, ny mari-pana amin'ny entona dia = 1000 K. Rehefa miitatra dia mihena ho 500 K ny mari-pana amin'ny entona. Fantaro ny asa ataon'ny entona …
vahaolana
Mitranga amin'ny fomba adiabatika ny fivelaran'ny entona. Ao amin'ny dingana adiabatika, tsy misy hafanana miditra na mivoaka ny rafitra. Noho izany, ny asa atao ao anaty entona = fiovan'ny angovo ao anaty entona.
ΔU = Q – W na W = Q – ΔU → Q = 0
W = 0 – ΔU
W = – ΔU
Afaka manao kajy ny fiovan'ny angovo ao amin'ny entona isika amin'ny fampiasana ny fampitoviana angovo ao amin'ny entona idealy:
ΔU = 3/2 (1 mol) (8.315 J / mol. K) (500 K – 1000 K)
ΔU = 3/2 (1 mol) (8.315 J / mol. K) (- 500 K)
ΔU = -6236.25 J
Noho izany, ny habetsaky ny asa ataon'ny gazy dia:
W = – ΔU
W = – (- 6236.25 J)
W = 6236.25 J
