- ترمودینامیک
دسته: فیزیک
بازدید: 40 بار
فرمت فایل: docx
حجم فایل: 24 کیلوبایت
تعداد صفحات فایل: 35ترمودینامیک شاخه ای از علم است که اصول انتقال انرژی را در سیستمهای درشت بین مجسم میکند بند های اصلی که تجربه نشان داده است همة این انتقالات را به کار می گیرند به عنوان قوانین ترمودینامیک شناخته شده اند این قوانین اولیه و بنیادین هستند و نمی توان آنها را از چیز اصلی تر دیگری مشتق کرد
قیمت فایل فقط 3,500 تومان
ترمو دینامیک
اولین قانون ترمودینامیک می گوید که انرژی باقی می ماند و با اینکه می تواند به شکل دیگر تغییر کند و از مکانی به مکان دیگر تغییر یابد ، مقدار کلی آن ثابت می ماند . بدین ترتیب اولین قانون ترمودینامیک به مفهوم انرژی بستگی دارد ولی از طرف دیگر انرژی تابع اصلی ترمودینامیک است چون بدین وسیله می توان اولین قانون را به صورت فرمول بیان کرد . این همبستگی مشخصة مفاهیم اولیه ترمودینامیک است .
واژه های سیستم و پیرامون به طور مشابه همبسته می شوند . سیستم به شیء، هر کمیت مانده هر بخش و غیره ای اطلاق می شود که برای مطالعه انتخاب شده است و ( به طور ذهنی ) از هر چیز دیگر که پیرامون نامیده می شود جدا می گردد . پوشش مجازی که سیستم را احاطه می کند و آن را از پیرامونش جدا می سازد مرز سیستم نامیده می شود .این مرز تصور می رود خواص ویژه ای داشته باشد که یا ( 1 )سیستم را از پیرامونش جدا می سازد ، یا ( 2 ) به روش های مخصوص فعل و انفعال بین سیستم وپیرامونش مبادله می کند . اگر سیستم تفکیک نشده باشد ، تصور می رود مرزهایش ماده یا انرژی یا هر دو را با پی رامنش مبادله میکند . اگر ماده مبادله شود سیستم گفته می شود باز است . اگر فقط انرژی نه ماده مبادله گردد سیستم بسته ( ولی تفکیک نشده) است و جرمش ثابت است .
وقتی سیستم تفکیک شده است نمی تواند تحت تاثیر پیرامونش قرار گیرد . با وجود این ، ممکن است تغیرات درون سیستم روی دهد که این تغییرات با وسایل اندازه گیری مثل دماسنج ، فشار سنج ، و غیره قابل تشخیص هستند . با وجود این ، چنین تغییراتی نمی توانند بطور نامحدود ادامه یابند ، و بالاخره سیستم باید به وضعیت ثابت نهائی تعدل درونی برسد .
در مورد سیستم بسته که با پیرامونش فعل و انفعالات می کند ، وضعیت ثابت نهایی ، چون سیستم نه تنها از لحاظ درونی در تعادل است ممکن است بالاخره بدست آید .
مفهوم تعادل در ترمودینامیک اصلی است چون با وضعیت تعادل سیستم که مفهوم حالت است ارتباط دارد . سیستم حالت قابل تکرار و همانند دارد وقتی همة خواصش ثابت هستند . مفاهیم حالت و خصوصیت دوباره همبسته می شوند . همچنین شخص میتواند بگوید که خواص سیستم به وسیلة حالتش ثابت هستند . خواص معینی با وسایل اندازه گیری مثل دماسنج و فشار سنج کشف می شوند . وجود خواص دیگر مثل انرژی درونی بیشتر به طور غیر مستقیم شناسایی می شوند . تعداد خواصی که باید ارزشهای دلخواه را به منظور ثابت کردن حالت سیستم تنظیم کنند به سیستم بستگی دارد و باید از طریق آزمایش تعیین شوند .
وقتی سیستم از حالت تعادل خارج می شود و در معرض فرایندی قرار می گیرد که در طی آن خواص سیستم تغییر می کند تا به حالت تعادل جدیدی برسند . سیستم در طی چنین فرایندی ممکن است با پیرامونش فعل و انفعال کند تا این که انرژی رابه شکل گرما و کار مبادله کند و بدین ترتب در سیستم و پیرامونش تغییراتی بوجود آورد که برای یک علت یا علت دیگر مطلوب هستند . فرایندی که ادامه می یابد بطوری که سیستم هرگز به طور متمایز از حالت تعادل خارج نمی شود ، برگش پذی نامیده می شود چون چنین فرایندی بدون اینکه نیازی به افزودن کار ایجاد شده به وسیله فرایند پیشین داشته باشد در آغاز بطور مشابه در جهت مخالف معکوس می شود .
مبنای ترمودینامیک بر تجربه و آزمایش استوار است . تعدادی از اصلهای موضوع به ترتیب زیر بیان شده است :
اصل 1
شکلی از انرژی که بعنوان انرژی درونی شناخته شده است وجود دارد که برای سیستم های در حالت تعادل ، خاصیت ذاتی سیستم تست و از لحاظ کاربردی به مختصات قابل اندازه گیری مربوط می شود که سیستم را متمایز می کنند .
اصل 2
انرژی کلی هر سیستم و پیرامنش باقی می ماند . ( اولین قانون ترمودینامیک ) انرژی درونی کاملآ از انرژی پتانسیل و جنبشی که اشکال خارجی انرژی هستند جدا ست . درکاربرد اولین قانون ترمودینامیک همة اشکال انرژی از جمله انرژی درونی باید در نظر گرفته شوند . بنابراین واضح است که اصل 2 به اصل 1 وابسطه است . قانون اول برای سیستم تفکیک شده مستلزم این است که انرژی اش ثابت باشد . قانون اول برای سیستم بسته ( که تفکیک نشده است ) مستلزم این است که تغییرات انرژی سیستم دقیقآ با تغییرات انرژی پیرامون جبران گردد . برای چنین سیستم هایی ، انرژی به دو شکل گرما و کار بین سیستم و پیرامونش مبادله می شود .
گرما انرژی است که تحت تاثیر تفاوت دما یا گرادیان از مرز سیستم می گذرد . کمیت گرما Qمقدار انرژی منتقل شده بین سیستم و پیرامونش را نشان می دهد و خصوصیت سیستم نیست . رسم معمول با توجه به علائم مستلزم اینست که ارزشهای عددی Qوقتی گرما به سیستم افزوده می شود مثبت و وقتی گرما از سیستم خارج می شود منفی گرفته شوند .
کار نیز انرژی منتقل شده بین سیستم و پیرامونش است ولی از جابجایی نیروی بیرونی که بر سیستم عمل می کند منتج می شود . کار هم مثل گرما خصوصیت سیستم نیست . رسم علائم انتخاب شده دراینجا مستلزم این است که ارزشهای عددی کار Wوقتی کار توسط سیستم انجام می شود مثبت و وقتی کار برروی انجام می شود منفی گرفته شوند . بنابر این W بعد مخالف Q است .
در مورد سیستم های بسته ( دارای جرم ثابت ) که برای آنها تنها شکل انرژی که تغییر می کند انرژی درونی است ، اولین قانون ترمودینامیک از لحاظ ریاضی به طور زیر بیان می شود :
بخاطر داشته باشید که dQ وdw دیفرانسیلهای دقیقی نی ستند و دیگر اینکه Q و W خواص سیستم یا توابع مختصات ترمودینامیک که سیستم را متمتیز می سازند نیستند . به عبارت دیگر dv و تغییر دیفرانسیل در v ، خصوصیت سیستم را نشان می دهد . کمیتهای دیفرانسیل Dq و dw مبادلات انرژی بین سیستم و پیرامونش را نشان می دهد و در معادله برای محاسبةمبادلة انرژی پیرامون بکار می رود .
اصل 3
خصوصیتی به نام آنتروپی s وجود دارد که برای سیستمهای در حالت تعادل ، خصوصیت ذاتی سیستم است و از لحاظ کاربردی به مختصات قابل اندازه گیری که سیستم را متمایز می کند ارتباط دارد .
اصل 4
تغییر آنتروپی هر سیستم و پیرامونش با یکدیگر در نظر گرفته می شود و از هر فرایندی که منتج شده باشد مثبت است و برای هر فرایندی که به برگشت پذیری نزدیک است به ارزش محدود صفر نزدیک می گردد . ( قانون دوم ترمودینامیک )
همانطور که قانون اول ترمودینامیک را نمیتوان بدون پیش شناخت انرژی درونی بعنوان یک خصوصیت فرمول نویسی کرد ، قانون دوم را بدون اعلا م قبلی وجود آنتروپی بعنوان یک خصوصیت نمی توان بطورکامل و کمی بیان کرد .
قانون دوم مستلزم این است که آنتروپی سیستم تفکیک شده یا درحال افزایش یا کاهش ثابت باقی بماند در حالتی که سیستم به حالت تعادلی رسیده است . قانون دوم برای سیستم بسته ( ولی تفکیک نشده ) مستلزم این است که هر آنتروپی در سیستم یا در پیرامونش طوری کاهش یابد که توسط آنتروپی افزوده در قسمت دیگر یا در حد جبران نگردد و در حالیکه این فرایند برگشت پذیر است آنتروپی کلی سیستم به علاوه پیرامونش ثابت باقی می ماند .
قیمت فایل فقط 3,500 تومان
برچسب ها : ترمودینامیک , ترمودینامیک , Thermodynamics , اولین قانون ترمودینامیک , همبستگی , تابع اصلی , واژه های سیستم , سیستم تفکیک شده , فشار سنج , دماسنج , وسایل اندازه گیری , تعادل , سیستم , پتانسیل , دیفرانسیلهای , مختصات , آنتروپی