Thermodynamische Systemeigenschaften, Typen, Beispiele

A Thermodynamisches System o Arbeitssubstanz ist ein Teil des Universums, das von der Thermodynamik untersucht werden soll. Es ist eine sehr breite Definition, da ein thermodynamisches System als Galaxie riesig sein kann oder eine kleine Menge Gas in einem Zylinder ist.

Alles, was das thermodynamische System, einschließlich Masse und Raum, umgibt, ist die Umgebung oder Umgebung desselben. Es ist nicht der Rest des Universums, sondern nur die Umgebung, die das System beeinflussen kann.

Schema eines thermodynamischen Systems

In einem thermodynamischen System ist der Austausch von Massen oder Energie zwischen dem System und der Umgebung möglich, abhängig von der Systemklasse die Umgebung, in der die Beobachter, die sie studieren.

Bei der Analyse eines thermodynamischen Systems ist es wichtig, die festzustellen Grenzen (Grenzen oder Wände), die fest oder mobil werden können. Eine Glas- oder Metallflasche hat feste Wände, aber einen Kolben oder einen mobilen Kolben.

Als solches kann der Rand eine reale oder imaginäre Oberfläche sein, aber im Idealfall eine Nulldicke, einige Starrheit und andere Eigenschaften, die in mathematischer Form beschrieben werden.

Imaginäre Grenzen sind notwendig, wenn Systeme untersucht werden, die wiederum Teil von viel größeren Systemen sind, wie z. B. ein Stern in einem Nebel.

Der Wärmetausch zwischen dem System und seiner Umgebung ist, falls vorhanden, die Hauptziele der Thermodynamik. Deshalb wird der Wände ein besonderer Name gegeben, der den Austausch zulässt: adiabatisch, während diejenigen, die es nicht zulassen und das System isolieren.

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Arten von thermodynamischen Systemen

Im ersten Fall handelt es sich um ein offenes System. Im zweiten Fall handelt es sich um ein geschlossenes System. Der dritte Fall ist ein isoliertes System, da es keine Energie oder Materie austauscht.

Es gibt verschiedene Arten von thermodynamischen Systemen, die nach ihrer Fähigkeit eingestuft werden, Materie und Energie mit der Umwelt auszutauschen, auf diese Weise: Wir haben:

Offene Systeme

Der Austausch von Materie und Energie mit der Außenseite ist erlaubt, also werden sie auch aufgerufen Steuervolumen.

Eine große Anzahl von technischen Systemen wird auf diese Weise modelliert, beispielsweise hausgemachter Warmwasserbereiter und Autos Heizkörper.

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Geschlossene Systeme

Sie sind auch als Kontrollmasse bekannt und charakterisiert, weil es keinen Materieaustausch mit der Umwelt gibt. Daher ist seine Masse fest. Auf diese Weise kann das Volumen des Systems variieren.

Isolierte Systeme

Dies sind geschlossene Systeme, bei denen der Austausch von Wärme, Arbeit oder irgendeiner Form von Energie mit der Umwelt verhindert wird.

Homogene Systeme und heterogene Systeme

Die beschriebenen Systeme wurden nach ihrer Austauschkapazität mit der Umwelt klassifiziert, dies ist jedoch nicht das einzige Kriterium. Thermodynamische Systeme können auch homogen und heterogen sein.

Reine Substanzen sind gute Beispiele für homogene Systeme, wie z. B. im Salzschüttler gespeicherte Tischsalz. Im Gegenteil, eine Kombination aus flüssigem Wasser und Wasserdampf ist ein heterogenes System, da dies zwei verschiedene Zustände sind.

Beispiele für thermodynamische Systeme

Wie wir gesehen haben, sind die thermodynamischen Systeme von den einfachsten bis zum komplexesten. Wenn Sie sie jedoch studieren, ist es jedoch bequem, sie sorgfältig zu definieren und zu versuchen, alle Möglichkeiten zu finden, um die Analyse zu vereinfachen.

Schauen wir uns einige Beispiele für echte Systeme an, die uns im Alltag begleiten:

Behälter in Wasser getaucht

Dies ist ein sehr einfaches und illustratives thermodynamisches System und auch eine gute Möglichkeit, Lebensmittel zuzubereiten. Der Gehalt des Behälters, ob Eier, eine Mischung für einen Flan oder die Vorbereitung, ist das thermodynamische System, während das Wasserbad die Umwelt, Umwelt oder Umwelt darstellt.

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Beim Erhitzen des Wassers fließt die Wärme durch den Rand des Behälters zum System zum System.

Die Geschwindigkeit, mit der Lebensmittel gekocht werden. Wir wissen, dass Metall ein guter Wärmefahrer ist. Wir hoffen, dass der Inhalt schnell erwärmt, wenn ein Stahl- oder Aluminiumgefäß verwendet wird.

Anstatt das System zu erhitzen, möchten Sie. In diesem Fall verleiht das System dem Wasserbad Wärme.

In einer unbedeckten Pfanne kochen

In einer offenen Pfanne gekochtes Hühnchen und Brot sind ein Beispiel für ein offenes thermodynamisches System. Quelle: Pixabay.

Küche ist ein ausgezeichneter Ort, um thermodynamische Prozesse zu finden. Eine Sauce, ein Huhn oder ein anderes Essen, das in einer offenen Pfanne gedüpft ist, ist ein Beispiel für ein offenes System, da alle Arten von Austausch mit der Umgebung zulässig sind: Fügen Sie Gewürze, andere Zutaten hinzu und modifizieren Sie die zugegebene Wärme.

Verbrennungsmotor

Im Verbrennungsmotor von Autos, Motorrädern, Flugzeugen und Booten gibt es eine Mischung aus Gas (Luft) und Kraftstoff, die im Vergaser hergestellt wird und zum Zylinder gebracht wird, wobei es durch die Auswirkung der Verbrennung zu einer Gasmischung mehr wird.

Da die Zusammensetzung der Mischung während des gesamten Arbeitszyklus variiert, handelt es sich um ein komplexes und heterogenes thermodynamisches System.

Kaffee oder Tee in Thermos

Das heiße oder kalte Getränk in einer Thermos. Quelle: Pixabay.

Kaffee oder Tee bleiben länger in einer Thermos. Es ist ein Behälter mit isolierenden Wänden, genau, um unser System zu verhindern - heißes Getränk -, um seine Wärme an die Umwelt zu liefern und abzukühlen.

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A Thermos sind wirklich zwei Behälter, unter denen es teilweise leer ist, um das Vorhandensein eines Mediums wie Luft zu vermeiden, was hilft, die Wärme von innen zum Behälter zu treiben.

Natürlich arbeiten die Thermos.

Eier

Die Eier, die wir als Lebensmittel konsumieren, sind hervorragende Beispiele für geschlossene thermodynamische Systeme, die jedoch den Energieaustausch mit der Umwelt ermöglichen. Das Eierschale lässt die Hitze des Galls den Embryo sowie den Durchgang von Gasen ein.

Zellen

Die Zelle ist die grundlegende Einheit der Lebewesen und ein wunderbar effizientes thermodynamisches System. Im weiteren Sinne kann jedes Lebewesen auch als komplexes thermodynamisches System angesehen werden.

Die Zellmembran, die interne Strukturen wie den Kern und die Mitochondrien abdeckt, ist die Grenze zwischen dem System und der Umgebung. Dies ermöglicht den Energieaustausch, die Ankunft von Nährstoffen von außen und die Ausgabe von Abfall.

Dosen

Konserven sind typische Beispiele für geschlossene thermodynamische Systeme.

Wasserkocher

Wasser in der Heizung ist ein offenes thermodynamisches System, da es das erforderliche Gas ist.

Verweise

1. Borgnakke. 2009. Grundlagen der Thermodynamik. 7. Ausgabe. Wiley und Söhne.
2. Cengel, und. 2012. Thermodynamik. 7. Ausgabe. McGraw Hill.
3. Solarenergie. Thermodynamische Systeme. Abgerufen von: Solar-Anergy.Netz.
4. Wikipedia. Thermodynamische Systeme. Geborgen von: ist.Wikipedia.Org.
5. Wikipedia. Theodynamisches System. Abgerufen von.Wikipedia.Org.