För att ta reda på hur man kunde öka värmemotorns effektivitet undersökte en fransk forskare vid namn Sadi Carnot (1796-1832) en ideal teoretisk kalorimaskin år 1824. Vid den tiden hade termodynamikens första huvudsats inte formulerats, inte heller termodynamikens andra huvudsats. Den första lagen har inte formulerats eftersom forskare ännu inte vet att värme är energi. Efter att Joule och hans kollegor experimenterat på 1830-talet upptäckte forskare att värme är energi som rör sig på grund av temperaturskillnader. Så termodynamikens första huvudsats formulerades efter 1830. Sadi Carnot hade forskat på den teoretiska ideala kalorimaskinen år 1824. Hans forskning gick egentligen ut på att öka ångmotorns effektivitet. De flesta ångmaskiner på den tiden var mindre effektiva.
Termodynamikens andra lag
För att förklara de irreversibla termodynamiska processerna formulerade forskarna termodynamikens andra lag. Den andra lagen förklarar vilka processer som kan ske i universum och vilka processer som inte kan ske. En forskare vid namn RJE Clausius (1822-1888) gjorde följande uttalande:
Naturligtvis rör sig värme från föremål med hög temperatur till föremål med låg temperatur; naturligtvis rör sig värme inte från föremål med låg temperatur till föremål med hög temperatur (termodynamikens andra lag - Clausius uttalande).
Clausius påstående är ett av de speciella påståendena i termodynamikens andra huvudsats. Det kallas ett speciellt påstående eftersom det endast gäller en process, relaterad till värmeöverföring. Eftersom detta påstående inte är relaterat till andra processer behöver vi ett mer generellt påstående. Utvecklingen av ett generellt påstående i termodynamikens andra huvudsats baseras på studiet av värmemotorer. Därför diskuterar vi motorvärme först.
Termodynamiska processer: Isotermiska, adiabatiska, isokoriska, isobariska
Artikel Termodynamiska processer: Isotermisk Adiabatisk Isokorisk Isobarisk
Det finns fyra termodynamiska processer, nämligen isotermiska, isokoriska, isobariska och adiabatiska processer.
Isotermisk process (konstant temperatur)
I en isotermisk process hålls systemtemperaturen konstant. Teoretiskt sett är det analyserade systemet en ideal gas. Ideal gastemperaturen är direkt proportionell mot den ideala inre gasenergin (U = 3/2 n RT). T förändras inte, så U förändras inte heller. Således, om den tillämpas på den isotermiska processen, blir den första huvudsatsen i den termodynamiska ekvationen:
Termodynamikens första lag
Termodynamisk process
Värme (Q) är den energi som rör sig från ett objekt till ett annat på grund av temperaturskillnaden. När det gäller system och miljöer är värme energi som rör sig från system till miljö eller energi som rör sig från miljö till system på grund av temperaturskillnaden. Om systemtemperaturen är högre än omgivningstemperaturen kommer värme att flöda från systemet till omgivningen. Om omgivningstemperaturen är högre än systemtemperaturen flödar värme från omgivningen till systemet.
Värme (Q) är energi som rör sig på grund av temperaturskillnaden, medan arbete (W) är relaterat till energiöverföring genom arbete. Om systemet till exempel utför arbete på omgivningen, så rör sig energi från systemet till omgivningen. Omvänt, om omgivningen utför arbete på systemet, så rör sig energi från omgivning till system.
Mekaniska vågors hastighet – problem och lösningar
1. Hastigheten på den transversella vågen på ett 25 meter långt rep är 50 m/s. Repets spänningskraft är 200 N. Bestäm repets massa.
A. 0.08 kg
B. 0.5 kg
Ca 0.8 kg
D. 2.0 kg
Känd:
Enkel harmonisk rörelse – problem och lösningar
1. Ett föremål vibrerar med en frekvens på 5 Hz åt höger och vänster. Föremålet rör sig från jämviktspunkten till den maximala förskjutningen åt höger. Bestäm tidsintervallet som krävs för att nå den maximala förskjutningen åt höger elva gånger.
A. 2.05
B. 2.20
C. 2.25
D. 2.50
Känd:
Enkel pendel – problem och lösningar
1. Två enkla pendlar finns på två olika platser . Längden på den andra pendeln är 0.4 gånger längden på den första pendeln, och tyngdaccelerationen som den andra pendeln upplever är 0.9 gånger tyngdaccelerationen som den första pendeln upplever . Bestäm jämförelsen mellan frekvensen för den första pendeln och den andra pendeln.
A. 2/3
F. 3/2
C. 4/9
D. 9/4
Ljudvågors resonans – problem och lösningar
1. Efter att stämgaffeln A vibrerat, vibrerar stämgaffeln B. Stämgaffeln B vibrerar eftersom…..
A. Stämgaffeln A har samma amplitud som stämgaffeln B
B. Båda stämgafflarna använder samma resonanslåda
C. Stämgaffeln B har samma frekvens som stämgaffeln A
D. Klangfärgen hos ljuden som orsakas av båda stämgafflarna är densamma
Lösning
Vätsketryck – problem och lösningar
1.
Tyngdaccelerationen är 10 N/kg. Ytan på en fisk som pressas av vattnet ovanför den är 6 cm² . Bestäm kraften från vattnet ovanför fisken som verkar på fisken.
Känd: