Thermodynamische Gleichgewichtsklassen und Anwendungen

Er Thermodynamisches Gleichgewicht Aus einem isolierten System wird es als ein Gleichgewichtszustand definiert, in dem die Variablen, die es charakterisieren und die gemessen oder berechnet werden können.

Sowohl Systeme als auch Gleichgewichtsklassen sind sehr vielfältig zu berücksichtigen. Ein System kann eine Zelle, ein eisiges Getränk, ein Flugzeug voller Passagiere, eine Person oder eine Maschinerie sein, um nur wenige Beispiele zu erwähnen. Sie können auch isoliert, geschlossen oder offen sein, je nachdem, ob sie Energie und Materie mit ihrer Umgebung austauschen können oder nicht.

Cocktailkomponenten befinden sich im thermischen Gleichgewicht. Quelle: Pexels.

A Isoliertes System Es interagiert nicht mit der Umgebung, nichts tritt ein oder verlässt sie. A System geschlossen Es kann Energie austauschen, aber mit der Umgebung egal ist. Endlich, das offenes System ist frei, mit der Umgebung Börsen durchzuführen.

Nun, ein isoliertes System, das eine ausreichende Zeit entwickeln darf, neigt sich spontan um das thermodynamische Gleichgewicht, in dem seine Variablen seinen Wert auf unbestimmte Zeit behalten werden. Und im Falle eines offenen Systems müssen seine Werte die gleichen wie die in der Umgebung sein.

Dies wird erreicht, wenn alle von jedem Typ auferlegten Gleichgewichtsbedingungen insbesondere erfüllt sind.

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Gleichgewichtsklassen

Thermalgleichgewicht

Eine grundlegende Gleichgewichtsklasse ist die Thermalgleichgewicht, das ist in vielen alltäglichen Situationen vorhanden.

Ein solches System neigt spontan dazu, nach einer bestimmten Zeit die gleiche Temperatur zu erwerben.

In diesem Fall gibt es einen Temperaturunterschied, der den Wärmeaustausch im gesamten System antreibt. Jedes System hat Zeit, um das Wärmeausgleich zu erreichen und an allen Punkten die gleiche Temperatur zu erreichen, genannt Zeit entspannen.

Mechanisches Gleichgewicht

Wenn der Druck an allen Punkten eines Systems konstant ist, befindet sich er in mechanischer Ausgleiche.

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Chemischer Gleichgewicht

Er chemischer Gleichgewicht, Auch manchmal genannt Materialbilanz, Es ist erreicht, wenn die chemische Zusammensetzung eines Systems im Laufe der Zeit unveränderlich bleibt.

Im Allgemeinen wird ein System im thermodynamischen Gleichgewicht berücksichtigt, wenn es gleichzeitig im thermischen und mechanischen Gleichgewicht ist.

Thermodynamische Variablen und Zustandsgleichung

Die Variablen, die untersucht werden, um das thermodynamische Gleichgewicht eines Systems zu analysieren. Andere Variablen umfassen die Position, Geschwindigkeit und andere, deren Auswahl vom untersuchten System abhängt.

Wie man die Koordinaten eines Punktes angibt. Sobald das System im Gleichgewicht ist, erfüllen diese Variablen eine Beziehung, die als bekannt ist Zustandsgleichung.

Die Zustandsgleichung ist eine Funktion der thermodynamischen Variablen, deren Form im Allgemeinen ist:

f (p, v, t) = 0

Wobei P der Druck ist, V das Volumen und T die Temperatur ist. Natürlich könnte die Zustandsgleichung in Bezug auf andere Variablen ausgedrückt werden, aber wie bereits erwähnt, sind dies die am häufigsten verwendeten Variablen, um thermodynamische Systeme zu charakterisieren.

Eine der bekanntesten Zustandsgleichungen ist die der idealen Gase Pv = nrt. Hier N Es ist die Anzahl der Maulwürfe, Atome oder Moleküle und R Es ist Boltzmanns Konstante: 1.30 x 10^-23 J/K (Joule/Kelvin).

Das thermodynamische Gleichgewicht und das Nullgesetz der Thermodynamik

Angenommen, es gibt zwei thermodynamische Systeme A und B mit einem Thermometer, das wir T aufrufen werden, was zu der Zeit genug mit dem System in Kontakt bringt, damit A und T die gleiche Temperatur haben,. In diesem Fall kann sichergestellt werden, dass sich a und t im thermischen Gleichgewicht befinden.

Kann Ihnen dienen: Aerostatischer Ballon: Geschichte, Eigenschaften, Teile, wie es funktioniertMit Hilfe eines Thermometers ist das Nullgesetz der Thermodynamik bewiesen. Quelle: Pexels.

Die gleiche Prozedur mit System B und T wird unten wiederholt. Wenn sich herausstellt. Dieses Ergebnis wird als Nullgesetz oder Nullprinzip der Thermodynamik bezeichnet, was formell angegeben wird:

Wenn sich zwei A- und B -Systeme im thermischen Gleichgewicht jeweils unabhängig voneinander mit einem dritten t -System befinden, ist es möglich zu bestätigen, dass A und B im thermischen Gleichgewicht miteinander sind.

Und aus diesem Prinzip wird Folgendes abgeschlossen:

Ein System befindet sich im thermodynamischen Gleichgewicht, wenn alle seine Teile bei der gleichen Temperatur sind.

Daher können zwei Körper im thermischen Kontakt, die nicht auf der gleichen Temperatur sind, im thermodynamischen Gleichgewicht berücksichtigt werden.

Entropie und thermodynamisches Gleichgewicht

Was ein System antreibt, um das thermische Gleichgewicht zu erreichen, ist Entropie, Eine Größenordnung, die angibt, wie nahe das System ausbalanciert ist, was auf seine Störung hinweist. Je größer die Störung ist, desto mehr Entropie ist das Gegenteil, wenn ein System sehr geordnet ist und in diesem Fall die Entropie untergeht.

Der Status des thermischen Gleichgewichts ist genau der Zustand der maximalen Entropie, was bedeutet, dass jedes isolierte System spontan auf einen Zustand einer größeren Störung gerichtet ist.

Nun wird die Übertragung von thermischer Energie im System durch die Änderung seiner Entropie bestimmt. Lassen Sie die Entropie und bezeichnen Sie den griechischen Buchstaben "Delta" die Änderung darin: ΔS. Die Änderung, die zum System von einem Anfangszustand zu einem anderen Ende führt, ist definiert als:

Wobei Q die Wärmemenge (in Joule) und t ist die Temperatur (in Kelvin), so dass die SI (International System) Einheiten für Entropie und Entropiewechsel Joule/Kelvin (J/K) sind.

Es kann Ihnen dienen: Diskrete Variable: Eigenschaften und Beispiele

Diese Gleichung gilt nur für reversible Prozesse. Prozess, in dem das System vollständig zu seinen Anfangsbedingungen zurückkehren kann und an jedem Punkt auf der Straße im thermodynamischen Gleichgewicht liegt.

Beispiele für Systeme mit zunehmender Entropie

- Bei Wärmeübertragung von einem heißeren zu einem kälteren Körper steigt die Entropie, bis beide Temperaturen gleich sind, woraufhin sein Wert konstant bleibt, wenn das System isoliert ist.

- Ein weiteres Beispiel für eine zunehmende Entropie ist die Lösung von Natriumchlorid in Wasser, bis das Gleichgewicht erreicht ist, da sich das Salz vollständig aufgelöst hat.

- In einem festen Feststoff, der die Entropie schmilzt.

- In einigen Arten von spontanen radioaktiv. In anderen Rückgängen, bei denen eine Partikelvernichtung auftritt.

Solche Beispiele zeigen die Tatsache, dass das thermodynamische Gleichgewicht relativ ist: Ein System kann im thermodynamischen Gleichgewicht lokal sein, beispielsweise wenn das Kaffeetasse + Teelöffel System berücksichtigt wird.

Das Kaffeetasse + Teelöffel + Umgebungssystem konnte jedoch nicht im thermischen Gleichgewicht liegen, bis der Kaffee vollständig abgekühlt ist.

Verweise

1. Bauer, w. 2011. Physik für Ingenieurwesen und Wissenschaften. Band 1. Mc Graw Hill. 650-672.
2. Cengel, und. 2012. Thermodynamik. 7^ma Auflage. McGraw Hill. 15-25 und 332-334.
3. Thermodynamik. Geborgen von: Ugr.Ist.
4. Nationale Universität von Rosario. Physikalochemie i. Erholt von: Rechip.a r.Edu.ar
5. Watkins, t. Entropie und das zweite Gesetz der Thermodynamik in Partel- und nuklearen Wechselwirkungen. San Jose State University. Erholt von: SJSU.Edu.
6. Wikipedia. Themodynamisches Gleichgewicht. Geborgen von: in.Wikipedia.Org.