Mataupu i le Fa'aogaina o le Tulafono Muamua o le Thermodynamics i ni fa'agasologa Thermodynamic eseese
Sa tatou talanoaina muamua le Tulafono Muamua o le Thermodynamics ma iloiloina le galuega e faia e se faiga. O le taimi lenei, o le a tatou iloiloina nisi o faʻaoga o le Tulafono Muamua o le Thermodynamics i faiga faʻa-thermodynamic e fa. O nei faiga e fa o le isothermal, isochoric, isobaric, ma le adiabatic. O nei upu e mafua mai i le gagana Eleni.
Fa'agasologa Isothermal (vevela tumau)
Muamua, se’i o tatou toe iloilo le fa’aaogaina o le tulafono muamua o le thermodynamics i se faiga isothermal. I se faiga isothermal, e tumau pea le vevela o le faiga. O le faiga o lo’o tatou iloiloina i le fa’avae o se kasa lelei. O le vevela o se kasa lelei e fa’atatau sa’o i le malosi i totonu o le kasa lelei (U = 3/2 nRT). Talu ai e tumau pea le tumau o le T, e tumau fo’i le tumau o le U. O le mea lea, pe a fa’aaogaina i se faiga isothermal, o le fua fa’atatau mo le tulafono muamua o le thermodynamics e avea ma:
Mai nei taunuuga e mafai ona faaiʻuina ai o se faagasologa isothermal (vevela tumau), o le vevela (Q) e faaopoopo i le faiga e faaaogaina e le faiga e fai ai galuega (W).
O suiga i le mamafa ma le voluma o le faiga i se faagasologa isothermal o loʻo faʻaalia i le kalafi o loʻo i lalo:
I le amataga, o le voluma o le faiga = V1 (volume la'ititi) ma le mamafa o le faiga = P1 (mamafa maualuga). Ina ia tumau pea le vevela o le faiga, a uma ona faaopoopo le vevela i le faiga, e faalauteleina le faiga ma galue i mea o siomia ai. A uma ona galue le faiga i mea o siomia ai, e suia le voluma o le faiga i le V2 (e fa'ateleina le voluma o le masini) ma suia le mamafa o le masini i le P2 (e fa'aitiitia le mamafa o le faiga). E pi'o le kalafi ona e le suia soo le mamafa o le faiga i le taimi o le faagasologa. O le aofa'i o galuega e faia e le faiga = le vaega ua fa'alanuina.
Fa'agasologa Adiabatic
I se faiga adiabatic, e leai se vevela e faʻaopoopoina i totonu pe alu ese mai le faiga (Q = 0). E mafai ona tupu faiga adiabatic i totonu o faiga tapuni ma vavae ese lelei. Mo se faiga tapuni ma vavae ese lelei, e masani lava e leai se vevela e tafe atu i totonu pe alu ese mai le faiga i le taimi e te manaʻo ai. E mafai foi ona tupu faiga adiabatic i totonu o faiga tapuni ma e le vavae ese.
I lenei tulaga, e tatau ona faʻatinoina vave le faiga ina ia leai se taimi e tafe atu ai le vevela i totonu poʻo fafo atu o le faiga. A faʻaaogaina i se faiga adiabatic, e suia le Tulafono Muamua o le fua faʻatatau o le Thermodynamics i lenei foliga:
Afai e vave ona fa'apipi'i le faiga (e faia le galuega i le faiga), ona leaga lea o le galuega. Talu ai e leaga le W, ona lelei lea o le U (e fa'ateleina le malosi i totonu o le faiga). I se isi itu, afai e vave ona fa'alautele pe fa'alauteleina le faiga (e galue le faiga), ona lelei lea o le W. Talu ai e lelei le W, ona leaga lea o le U (e fa'aitiitia le malosi i totonu o le faiga). O le malosi i totonu o le faiga (kesi lelei) e fa'atatau sa'o i le vevela (U = 3/2 nRT), o lea afai e fa'ateleina le malosi i totonu o le faiga ona fa'ateleina fo'i lea o le vevela o le faiga. I se isi itu, afai e fa'aitiitia le malosi i totonu o le faiga ona fa'aitiitia lea o le vevela o le faiga.
O suiga i le mamafa ma le voluma o le faiga i se faagasologa adiabatic o loʻo faʻaalia i le kalafi o loʻo i lalo:
Afai e vave ona fa'apipi'i le faiga (e faia le galuega i le faiga), ona leaga lea o le galuega. Talu ai e leaga le W, ona lelei lea o le U (e fa'ateleina le malosi i totonu o le faiga). I se isi itu, afai e vave ona fa'alautele pe fa'alauteleina le faiga (e galue le faiga), ona lelei lea o le W. Talu ai e lelei le W, ona leaga lea o le U (e fa'aitiitia le malosi i totonu o le faiga). O le malosi i totonu o le faiga (kesi lelei) e fa'atatau sa'o i le vevela (U = 3/2 nRT), o lea afai e fa'ateleina le malosi i totonu o le faiga ona fa'ateleina fo'i lea o le vevela o le faiga. I se isi itu, afai e fa'aitiitia le malosi i totonu o le faiga ona fa'aitiitia lea o le vevela o le faiga.
O suiga i le mamafa ma le voluma o le faiga i se faagasologa adiabatic o loʻo faʻaalia i le kalafi o loʻo i lalo:
O le pi'o adiabatic i lenei kalafi (pi'o 1-2) e sili atu le ma'ai nai lo le pi'o isothermal (pi'o 1-3). O lenei eseesega i le ma'ai e fa'ailoa mai ai mo le fa'ateleina tutusa o le voluma, e sili atu le fa'aitiitia o le mamafa o le faiga i le fa'agasologa adiabatic pe a fa'atusatusa i le fa'agasologa isothermal. E sili atu le fa'aitiitia o le mamafa o le faiga i le fa'agasologa adiabatic aua a tupu le fa'alauteleina adiabatic, e fa'aitiitia fo'i le vevela o le faiga. E fa'atatau sa'o le vevela i le mamafa, o le mea lea, afai e fa'aitiitia le vevela o le faiga, e fa'aitiitia fo'i le mamafa o le faiga. I se isi itu, i se fa'agasologa isothermal, e tumau pea le vevela o le faiga. O le mea lea, i se fa'agasologa isothermal, e le afaina ai e le vevela le fa'aitiitia o le mamafa.
O se tasi faʻataʻitaʻiga o se faiga e faʻatatau i le faʻapipiʻiina o le adiabatic e tupu i totonu o afi mu i totonu, e pei o afi diesel ma afi penisini. I totonu o se afi diesel, e tosoina le ea i totonu o se silini ma faʻavave ona faʻapipiʻi e faʻaaoga ai se piston (e faia le galuega i luga o le ea). O le faiga o le faʻapipiʻiina o le adiabatic (faʻaitiitia o le voluma o le masini) o loʻo faʻaalia e le piʻo 2-1. Talu ai ona o le ea e faʻapipiʻiina vave i le adiabatic, e vave ona siʻitia le vevela o le ea. I le taimi lava e tasi, e faʻasusuina le diesel i totonu o le silini e ala i se injector, ma e faʻamumuina loa le paluga (e tupu le mu). I totonu o se afi penisini, e tosoina le paluga o le ea ma le penisini i totonu o le silini ma faʻavave ona faʻapipiʻi e faʻaaoga ai se piston. Talu ai o le faʻapipiʻiina e vave ona adiabatic, e vave ona siʻitia lona vevela. I le taimi lava e tasi, e gaosia ai e le poloka moli se aloiafi, ma mafua ai ona mu.
Fa'agasologa Isochoric (volume tumau)
I se faiga isochoric, e tumau pea le voluma o le faiga. Talu ai ona tumau pea le voluma o le faiga, e le mafai e le faiga ona faia galuega i mea o siomia ai. E faapena foi, e le mafai e mea o siomia ai ona faia galuega i mea o siomia ai. A faaaogaina i se faiga isochoric, o le fua faatatau o le Tulafono Muamua o Thermodynamics e avea ma:
Mai nei taunuuga, e mafai ona tatou faaiʻuina o se faagasologa isochoric (volume tumau), o le vevela (Q) e faaopoopo i le faiga e faaaogaina e faateleina ai le malosiaga i totonu o le faiga.
O suiga i le mamafa ma le voluma o le faiga i se faagasologa isochoric o loʻo faʻaalia i le kalafi o loʻo i lalo:
I le amataga, o le mamafa o le faiga = p 1 (mamafa maualalo). O le faaopoopoina o le vevela i le faiga e mafua ai ona faateleina le malosi i totonu o le faiga. Talu ai ona faateleina le malosi i totonu o le faiga, e faateleina ai foi le vevela o le faiga (kesi lelei) (U = 3/2 nRT). E tutusa tonu lava le vevela ma le mamafa. O le mea lea, afai e faateleina le vevela o le faiga, e faateleina foi le mamafa o le faiga (p 2 ). Talu ai ona e tumau le voluma o le faiga, e leai se galuega e faia (leai se vaega ua ufitia).
E pei ona taʻua muamua, i se faiga isochoric, e le mafai e le faiga ona faia galuega i mea o siomia ai. E faapena foi, e le mafai e mea o siomia ai ona faia galuega i le faiga. Ona o se faiga isochoric, e tumau pea le voluma o le faiga, o lona uiga e le suia. O nisi ituaiga o galuega e le aofia ai ni suiga i le voluma. O le mea lea, e tusa lava pe tumau pea le voluma o le faiga, e mafai lava ona faia galuega i le faiga. Mo se faataitaiga, o se ili ma se maa o loo i totonu o se pusa tapuni. E mafai e le ili ona feliuliuai e faaaoga ai le malosi e sapalaiina mai e le maa. I lenei tulaga, o le ili, maa, ma le ea i totonu o le pusa ua manatu o se faiga.
A feliuliua'i le ili, e galue lava i le ea i totonu o le koneteina. I le taimi lava e tasi, e liua le malosi fa'agaoioi o le ili i le malosi i le ea. E fa'aitiitia fa'alenatura le malosi eletise i totonu o le maa ona ua liua i le malosi i le ea. O lenei fa'ata'ita'iga e fa'aalia ai i se faiga isochoric (leo tumau), e mafai lava ona faia galuega i luga o le faiga (galuega e le aofia ai se suiga i le leo).
Fa'agasologa Isobaric (mamafa tumau)
I se faiga isobaric, e tumau pea le mamafa o le faiga. Talu ai o le tumau o le mamafa, o suiga i le malosiaga i totonu (delta U), vevela (Q), ma le galuega (W) i se faiga isobaric e le tutusa lava. O lea la, o le tulafono muamua o le thermodynamics e tumau pea:
ΔU = Q − W
O suiga i le mamafa ma le voluma o le kesi i le faagasologa isobaric o loʻo faʻaalia i le kalafi o loʻo i lalo:
I le amataga, o le voluma o le faiga = V1 ( volume laʻititi). Talu ai ona o le mamafa e tumau pea, a uma ona faʻaopoopo le vevela i le faiga, e faʻalauteleina le faiga ma faia galuega i le siosiomaga. A uma ona faia galuega i le siosiomaga, e suia le voluma o le faiga i le V2 (e faʻateleina le voluma o le faiga). O le aofaʻi o galuega (W) e faia e le faiga = le vaega ua faʻalanuina.
Fa'ata'ita'iga fesili 1:
O pi'o 1-2 i ata e lua o lo'o i lalo o lo'o fa'aalia ai le fa'alauteleina o le kesi (fa'ateleina o le voluma o le kesi) lea e tupu fa'asolosolo ma fa'asolosolo. O le fea faiga e itiiti ifo ai le galuega e faia e le kesi?
O le galuega e faia e le kesi i se faiga adiabatic e itiiti ifo nai lo le galuega e faia e le kesi i se faiga isothermal. O le vaega ua fa'alanuina = o le galuega e faia e le kesi i le taimi o le faiga fa'alauteleina (fa'ateleina o le voluma o le kesi). O le vaega ua fa'alanuina i se faiga adiabatic e itiiti ifo nai lo le vaega ua fa'alanuina i se faiga isothermal.
Fa'ata'ita'iga fesili 2:
O loʻo faʻaalia i le ata o loʻo i lalo se faasologa o faiga faʻavevela. O piʻo a-b ma le d-c = faiga isochoric (volume tumau). O piʻo b-c ma le a-d = faiga isobaric (mamafa tumau). I le faiga a-b, e 600 Joules o le vevela (Q) e faʻaopoopo i le faiga. I le faiga b-c, e 800 Joules o le vevela (Q) e faʻaopoopo i le faiga. Fuafua:
a) Suiga i le malosiaga i totonu i faiga a-b
b) Suiga i le malosiaga i totonu i le faagasologa a-b-c
c) Aofa'i o le vevela na fa'aopoopoina i le fa'agasologa a-d-c
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 lita = 2 dm 3 = 2 x 10 ‐3 m 3
V 2 = 4 lita = 2 dm 3 = 4 x 10 ‐3 m 3
Talanoaga
a) Suiga i le malosiaga i totonu i faiga a-b
I le faiga a-b, e 600 J o le vevela e faʻaopoopo i le faiga. O le faiga a-b o se faiga isochoric (volume tumau). I se faiga isochoric, o le faʻaopoopoina o le vevela i le faiga e naʻo le faʻateleina ai o le malosi i totonu o le faiga. O lea la, o le suiga i le malosi i totonu o le faiga pe a uma ona maua le sao o le vevela e:
ΔU = Q
ΔU = 600 J
b) Suiga i le malosiaga i totonu i le faagasologa a-b-c
Fa'agasologa a-b = fa'agasologa isochoric (volume tumau). I le fa'agasologa a-b, e fa'aopoopoina le 600 J o le vevela.
i le faiga. Talu ai e tumau le voluma, e leai se galuega e faia e le faiga.
Fa'agasologa b‐c = fa'agasologa isobaric (mamafa tumau). I le fa'agasologa b‐c, e 800 Joules o le vevela (Q) e fa'aopoopo i le faiga. I se fa'agasologa isobaric, e mafai e le faiga ona faia galuega. O le aofa'i o galuega e faia e le faiga i le fa'agasologa b‐c (fa'agasologa isobaric) o le:
W = P (V 2 ‐ V 1 ) ‐‐‐ mamafa faifai pea
W = P₂ ( V₂ ‐ V‐ 1 )
W = 4 x 10⁻5 N /m² ( 4 x 10‐3 m²⁻‐ 2 x 10‐3 m² )
W = 4 x 10‐3 m ‐ 3 )
W = 8 x 10 2 Joules
W = 800 Joule
O le aofaʻi o le vevela na faʻaopoopo i le faiga i le faʻagasologa a-b-c e:
Q aofaʻi = Q ab + Q bc
Q aofaʻi = 600 J + 800 J
Q aofaʻi = 1400 Joule
O le aofaʻi o galuega na faia e le faiga i le faagasologa a-b-c e faapea:
Aofa'i atoa = W ab + W bc
Aofa'i atoa = 0 + W bc
Aofa'i atoa = 0 + 800 Joule
Aofa'i atoa = 800 Joule
O le suiga i le malosi i totonu o le faiga i le faagasologa a-b-c e faapea:
ΔU = Q − W
ΔU = 1400 J − 800 J
ΔU = 600 J
Suiga i le malosiaga i totonu i le faagasologa a-b-c = 600 J
c) Aofa'i o le vevela na fa'aopoopoina i le fa'agasologa a-d-c
O le aofaʻi atoa o le vevela e faʻaopoopo i le faiga e mafai ona maua e ala i le fua faʻatatau o loʻo i lalo:
ΔU = Q − W
Q = ΔU + W
Aofaʻi o le vevela na faʻaopoopoina i le faiga a-d-c = suiga i le malosiaga i totonu i le faiga a-d-c + galuega atoa na faia i le faiga a-d-c.
O le vevela ma le galuega e aʻafia i le fesiitaiga o le malosi i le va o le faiga ma ona siʻosiʻomaga, ae o suiga i le malosi i totonu e mafua mai i le fesiitaiga o le malosi i le va o le faiga ma ona siʻosiʻomaga. O le mea lea, o suiga i le malosi i totonu e tutoʻatasi mai le faagasologa o le fesiitaiga o le malosi. I se isi itu, o le vevela ma le galuega e matua faʻalagolago lava i le faagasologa. I se faagasologa isochoric (volume tumau), o le fesiitaiga o le malosi e naʻo le tulaga o le vevela, ae le o le galuega. I se faagasologa isobaric (mamafa tumau), o le fesiitaiga o le malosi e aofia ai le vevela ma le galuega. E ui lava e tutoʻatasi mai le faagasologa, o suiga i le malosi i totonu e faʻalagolago i tulaga muamua ma le mulimuli o le faiga. Afai e tutusa tulaga muamua ma le mulimuli, o le suiga i le malosi i totonu o le a tutusa lava, tusa lava pe eseese faagasologa o loʻo aʻafia ai.
O le tulaga muamua ma le tulaga mulimuli mo le faagasologa a-b-c i le kalafi o loʻo i luga = le tulaga muamua ma le tulaga mulimuli o le faagasologa a-d-c. O lea la, o le suiga i le malosiaga i totonu i le faagasologa a-d-c = 600 J.
Aofa'i o galuega (W) na faia i le faagasologa a-d-c = W i le faagasologa a-d + W i le faagasologa d-c.
O le faagasologa a-d o se faagasologa isobaric (mamafa tumau), ae o le faagasologa d-c o se faagasologa isochoric (volume tumau). Talu ai e tumau le voluma, e leai se galuega e faia i le faagasologa d-c. Muamua, tatou te fuafuaina le galuega na faia i le faagasologa a-d.
W ad = P (V 2 ‐ V 1 )
W ad = P 1 (V 2 ‐ V 1 )
W ad = 2 x 10⁻5 N /m⁻2 ( 4 x 10‐3 m ‐ 3 x 10‐3 m ‐3 )
W ad = 2 x 10‐3 m ‐ 3 )
W ad = 4 x 10 2 Joule
W ad = 400 Joule
Aofa'i atoa = W i le faagasologa a-d + W i le faagasologa d-c
Aofa'i atoa = 400 Joules + 0
Aofa'i atoa = 400 Joule
O lea la, o le aofaʻi o le vevela e faʻaopoopo i le faʻagasologa a-d-c e:
Q = ΔU + W
Q = 600 J + 400 J
Q = 1000 J
Fa'ata'ita'iga fesili 3:
E liua le 1 lita o le vai i le 1671 lita o le ausa pe a fa'apuna i le mamafa o le 1 atm. Fuafua le suiga o le malosiaga i totonu ma le aofa'i o galuega e faia e le vai pe a liu suavai… (Vela o le fa'asuavaia o le vai = L V = 22,6 x 10 5 J/Kg)
Talanoaga
Mafiafia o le vai = 1000 kg/ m3
L V = 22,6 x 10 5 J/Kg
P = 1 atm = 1,013 x 10 5 Pa = 1,013 x 10 5 N/ m2
V 1 = 1 lita = 1 dm 3 = 1 x 10 ‐3 m 3 (Vaega o le vai)
V 2 = 1671 lita = 1671 dm 3 = 1671 x 10 ‐3 m 3 (Volume o le ausa)
a) Suiga i le malosi i totonu
Suiga i le malosiaga i totonu = Vevela faaopoopo i le vai – Galuega e faia e le vai pe a liu suavai. Muamua, se’i o tatou fuafuaina le vevela (Q) faaopoopo i le vai...
Q = mL V
Mamafa (m) o le vai?
Mafiafia o le vai = mamafa o le vai / voluma o le vai
Mamafa o le vai (m) = (mafiafia o le vai)(tele o le vai)
Mamafa o le vai (m) = (1000 kg/m 3 )(1 x 10 ‐3 m 3 )
Mamafa o le vai (m) = (1000 kg/m 3 )(0,001 m 3 )
Mamafa o le vai (m) = 1 Kg
Q = (1 kg)(22,6 x 105 J /kg)
Q = 22,6 x 10 5 J
Fuafua le galuega (W) e faia e le vai pe a liu suavai. E tupu le pupuna o le vai i le mamafa faifai pea (isobaric process).
W = p (V 2 – V 1 )
W = 1,013 x 10‐5 N / m² ( 1671 x 10‐3 m³ – 1 x 10‐3 m³ )
W = 1,013 x 10‐5 N /m² ( 1670 x 10‐3 m² )
W = 1691,71 x 10 2 Joules
W = 1,7 x 10 5 Joules
Suiga o le malosi i le vai:
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
O le 21 x 10 5 J o le vevela e fa'aopoopo i le vai e fa'aaogaina e fa'ateleina ai lona malosi i totonu (e faato'ilaloina ai malosiaga fetosina'i i le va o molela'au e taofia ai le vai ia vai). I se isi faaupuga, o le 21 x 10 5 J e fa'aaogaina e sui ai le vai i le ausa. A uma ona liua le vai i le ausa, o le 1,7 x 10 5 J o totoe e fa'aaoga e fai ai galuega.
Fa'ata'ita'iga fesili 4:
E vave ona fa'alauteleina le 1 mole o le kesi i totonu o se tane i se auala adiabatic. O le vevela muamua o le kesi e 1000 K. A uma ona fa'alauteleina, e fa'aitiitia le vevela o le kesi i le 500 K. Fuafua le galuega e faia e le kesi... Talanoaga
E tupu le fa'alauteleina o le kesi i le auala adiabatic. I se faiga adiabatic, e leai se vevela e ulufale pe alu ese mai le faiga. O le mea lea, o le galuega e faia e le kesi = o le suiga i le malosiaga i totonu o le kesi. I le fa'amatematika, e tusia lenei mea e pei ona:
ΔU = Q − W po'o le W = Q − Δ U → Q = 0
W = 0 − ΔU
W = − ΔU
E mafai ona tatou fuafuaina le suiga o le malosiaga i totonu o se kesi e faʻaaoga ai le fuafuaga o le malosiaga i totonu o le kesi lelei:
ΔU = U i'uga – U amataga
ΔU = 3/2 nR (T mulimuli – T muamua)
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
O lea la, o le aofaʻi o galuega e faia e le kesi e:
W = − ΔU
W = − ( − 6236 , 25 J )
W = 6236, 25 J
