Kelas dan aplikasi keseimbangan termodinamika

Dia Keseimbangan termodinamika Dari sistem yang terisolasi didefinisikan sebagai keadaan keseimbangan di mana variabel yang mengkarakterisasi dan yang dapat diukur atau dihitung tidak mengalami perubahan, karena karena kondisi isolasi mereka tidak ada kekuatan eksternal yang cenderung memodifikasi keadaan tersebut.

Baik sistem dan keseimbangan kelas yang perlu dipertimbangkan sangat beragam. Suatu sistem bisa berupa sel, minuman dingin, pesawat yang penuh dengan penumpang, seseorang atau mesin, hanya untuk menyebutkan beberapa contoh. Mereka juga dapat diisolasi, tertutup atau terbuka, tergantung pada apakah mereka dapat bertukar energi dan masalah dengan lingkungan mereka.

Komponen koktail berada dalam keseimbangan termal. Sumber: Pexels.

A sistem terisolasi Itu tidak berinteraksi dengan lingkungan, tidak ada yang masuk atau meninggalkannya. A sistem ditutup Itu dapat bertukar energi tetapi tidak masalah dengan lingkungan sekitarnya. Akhirnya, Sistem terbuka bebas untuk melakukan pertukaran dengan lingkungan.

Nah, sistem terisolasi yang dibiarkan mengembangkan waktu yang cukup, secara spontan cenderung ke keseimbangan termodinamika di mana variabel -variabelnya akan mempertahankan nilainya tanpa batas waktu. Dan dalam kasus sistem terbuka, nilainya harus sama dengan yang ada di lingkungan.

Ini akan dicapai setiap kali semua kondisi keseimbangan yang dikenakan oleh masing -masing jenis yang terpenuhi.

[TOC]

Kelas keseimbangan

Keseimbangan termal

Kelas keseimbangan mendasar adalah keseimbangan termal, yang ada dalam banyak situasi sehari -hari, seperti secangkir kopi panas dan sendok teh yang diaduk gula.

Sistem seperti itu secara spontan cenderung memperoleh suhu yang sama setelah waktu tertentu, setelah itu keseimbangan tiba karena semua bagian berada pada suhu yang sama.

Sementara itu terjadi, ada perbedaan suhu yang mendorong pertukaran panas di seluruh sistem. Setiap sistem memiliki waktu untuk mencapai keseimbangan termal dan mencapai suhu yang sama di semua titik, disebut waktu istirahat.

Keseimbangan mekanis

Ketika tekanan di semua titik sistem konstan, itu dalam keseimbangan mekanis.

Dapat melayani Anda: kepadatan

Keseimbangan kimia

Dia keseimbangan kimia, Terkadang juga disebut keseimbangan materi, Itu tercapai ketika komposisi kimia suatu sistem tetap tidak dapat diubah dari waktu ke waktu.

Secara umum, suatu sistem dipertimbangkan dalam keseimbangan termodinamika saat berada dalam keseimbangan termal dan mekanik secara bersamaan.

Variabel termodinamika dan persamaan keadaan

Variabel yang dipelajari untuk menganalisis keseimbangan termodinamika suatu sistem beragam, yang paling umum digunakan tekanan, volume, massa, dan suhu yang paling umum digunakan. Variabel lain termasuk posisi, kecepatan dan lainnya yang pemilihannya tergantung pada sistem yang diteliti.

Dengan demikian, bagaimana menunjukkan koordinat suatu titik memungkinkannya. Setelah sistem seimbang, variabel -variabel ini memenuhi hubungan yang dikenal sebagai Persamaan negara.

Persamaan keadaan adalah fungsi dari variabel termodinamika yang bentuknya secara umum adalah:

f (p, v, t) = 0

Di mana P adalah tekanan, v adalah volume dan t adalah suhunya. Secara alami, persamaan keadaan dapat diekspresikan dalam hal variabel lain, tetapi seperti yang telah dikatakan sebelumnya, ini adalah variabel yang paling banyak digunakan untuk mengkarakterisasi sistem termodinamika.

Salah satu persamaan negara yang paling terkenal adalah gas ideal PV = NRT. Di Sini N Itu adalah jumlah tahi lalat, atom atau molekul dan R Itu adalah konstanta Boltzmann: 1.30 x 10^-23 J/K (Joule/Kelvin).

Keseimbangan termodinamika dan nol hukum termodinamika

Misalkan ada dua sistem termodinamika A dan B dengan termometer yang akan kita sebut T, yang berhubungan dengan sistem pada saat itu cukup untuk A dan T untuk memiliki suhu yang sama. Dalam hal ini dapat dipastikan bahwa A dan T berada dalam keseimbangan termal.

Dapat melayani Anda: Balon Aerostatik: Sejarah, Karakteristik, Bagian, Cara KerjanyaDengan bantuan termometer, nol hukum termodinamika terbukti. Sumber: Pexels.

Prosedur yang sama dengan Sistem B dan T diulang di bawah ini. Jika suhu B ternyata sama dengan A, maka A dan B berada dalam keseimbangan termal. Hasil ini dikenal sebagai hukum nol atau prinsip nol termodinamika, yang secara resmi dinyatakan:

Jika dua sistem A dan B berada dalam keseimbangan termal masing -masing secara independen dengan sistem T ketiga, maka dimungkinkan untuk menegaskan bahwa A dan B berada dalam kesetimbangan termal satu sama lain.

Dan dari prinsip ini berikut ini disimpulkan:

Suatu sistem berada dalam keseimbangan termodinamika ketika semua bagiannya berada pada suhu yang sama.

Oleh karena itu, dua badan dalam kontak termal yang tidak pada suhu yang sama tidak dapat dipertimbangkan dalam keseimbangan termodinamika.

Entropi dan keseimbangan termodinamika

Apa yang mendorong sistem untuk mencapai keseimbangan termal adalah Entropi, Besarnya yang menunjukkan seberapa dekat sistem untuk menyeimbangkan, menjadi indikasi gangguannya. Semakin besar gangguan, ada lebih banyak entropi, sebaliknya terjadi jika suatu sistem sangat dipesan, turun dalam hal ini entropi.

Status keseimbangan termal justru keadaan entropi maksimum, yang berarti bahwa setiap sistem yang terisolasi diarahkan ke keadaan gangguan yang lebih besar secara spontan secara spontan.

Sekarang, transfer energi termal dalam sistem diatur oleh perubahan entropi. Biarkan entropi dan menunjukkan dengan surat Yunani "Delta" perubahan di dalamnya: ΔS. Perubahan yang mengarah ke sistem dari keadaan awal ke ujung lain didefinisikan sebagai:

Di mana Q adalah jumlah panas (dalam joule) dan T adalah suhu (dalam kelvin), sehingga unit SI (sistem internasional) untuk entropi dan perubahan entropi adalah joules/kelvin (j/k).

Itu dapat melayani Anda: variabel diskrit: karakteristik dan contoh

Persamaan ini hanya valid untuk proses reversibel. Proses di mana sistem dapat sepenuhnya kembali ke kondisi awalnya dan pada setiap titik di jalan itu dalam keseimbangan termodinamika.

Contoh sistem dengan meningkatnya entropi

- Dalam perpindahan panas dari tubuh yang lebih panas ke tubuh yang lebih dingin, entropi meningkat sampai kedua suhunya sama, setelah itu nilainya tetap konstan jika sistem diisolasi.

- Contoh lain dari peningkatan entropi adalah larutan natrium klorida dalam air, sampai mencapai keseimbangan karena garam telah benar -benar larut.

- Dalam padatan yang melelehkan entropi juga meningkat, karena molekul -molekulnya beralih dari situasi yang lebih tertib, yang merupakan padatan, menjadi lebih tidak teratur cairan.

- Dalam beberapa jenis peluruhan radioaktif spontan, jumlah partikel yang dihasilkan meningkat dan dengan itu entropi sistem. Dalam penurunan lain di mana pemusnahan partikel terjadi, ada transformasi massa menjadi energi kinetik yang akhirnya menghilangkan panas, dan juga meningkatkan entropi.

Contoh -contoh seperti itu menunjukkan fakta bahwa keseimbangan termodinamika relatif: suatu sistem mungkin berada dalam keseimbangan termodinamika secara lokal, misalnya jika sistem cangkir kopi + sendok teh dipertimbangkan.

Namun, Sistem Lingkungan Cangkir + Teh + Sendok Teh + tidak mungkin berada dalam kesetimbangan termal sampai kopi benar -benar dingin.

Referensi

1. Bauer, w. 2011. Fisika untuk Teknik dan Ilmu Pengetahuan. Volume 1. MC Graw Hill. 650-672.
2. Cengel, dan. 2012. Termodinamika. 7^ma Edisi. Bukit McGraw. 15-25 dan 332-334.
3. Termodinamika. Dipulihkan dari: UGR.adalah.
4. Universitas Nasional Rosario. Fisikokimia i. Pulih dari: rechip.a r.Edu.ar
5. Watkins, t. Entropi dan hukum kedua termodinamika dalam interaksi partle dan nuklir. Universitas Negeri San Jose. Pulih dari: sjsu.Edu.
6. Wikipedia. Keseimbangan temodinamik. Pulih dari: di.Wikipedia.org.