Variabel termodinamika yang merupakan latihan dan diselesaikan

Itu Variabel termodinamika o Variabel keadaan adalah magnitudo makroskopik yang menjadi ciri sistem termodinamika, yang paling akrab adalah tekanan, volume, suhu dan massa. Mereka sangat berguna dalam deskripsi sistem dengan beberapa input dan keluar. Ada banyak variabel negara yang sama pentingnya, selain dari yang disebutkan di atas. Pilihan yang dibuat tergantung pada sistem dan kompleksitasnya.

Pesawat yang penuh dengan penumpang atau mobil dapat dianggap sebagai sistem dan variabelnya termasuk selain massa dan suhu, jumlah bahan bakar, posisi geografis, kecepatan, akselerasi dan tentu saja banyak lagi.

Gambar 1. Pesawat dapat dipelajari sebagai sistem termodinamika. Sumber: Pixabay.

Jika begitu banyak variabel yang dapat didefinisikan, ketika suatu variabel dianggap sebagai keadaan? Dianggap seperti di mana proses dimana variabel memperoleh nilainya tidak penting.

Di sisi lain, ketika sifat transformasi mempengaruhi nilai akhir dari variabel, itu tidak lagi dianggap sebagai variabel keadaan. Contoh penting dari ini adalah pekerjaan dan panas.

Pengetahuan tentang variabel keadaan memungkinkan sistem untuk dijelaskan secara fisik pada waktu tertentu_{salah satu}. Berkat pengalaman, model matematika dibuat yang menggambarkan evolusi mereka dari waktu ke waktu dan memprediksi keadaan dalam waktu t> t_{salah satu}.

[TOC]

Variabel intensif, luas dan spesifik

Dalam kasus gas, yang merupakan sistem yang sering dipelajari dalam termodinamika, massa Ini adalah salah satu variabel negara bagian utama dan mendasar dari setiap sistem. Terkait dengan jumlah materi yang dikandungnya. Dalam sistem internasional diukur dalam kg.

Massa sangat penting dalam suatu sistem dan sifat termodinamika diklasifikasikan karena mereka tergantung atau tidak:

Dapat melayani Anda: voltmeter: karakteristik, operasi, untuk apa, tipe

-Intensif: tidak tergantung pada massa dan ukuran, misalnya suhu, tekanan, viskositas dan secara umum mereka yang membedakan sistem dari yang lain.

-Luas: Yang bervariasi dengan ukuran sistem dan massanya, seperti berat, panjang dan volume.

-Spesifik: Yang diperoleh dengan mengekspresikan sifat ekstensif per unit massa. Di antara mereka adalah gravitasi spesifik dan volume spesifik.

Untuk membedakan antara jenis variabel, bayangkan membagi sistem menjadi dua bagian yang sama: jika besarnya tetap sama di masing -masing, itu adalah variabel intensif. Jika tidak, nilainya berkurang menjadi dua.

-Tekanan, volume dan suhu

Volume

Itu adalah ruang yang ditempati oleh sistem. Unit volume dalam sistem internasional adalah meter kubik: m³. Unit lain yang banyak digunakan termasuk inci kubik, kaki kubik dan liter.

Tekanan

Ini adalah besarnya skalar yang diberikan oleh hasil bagi antara komponen tegak lurus dari gaya yang diterapkan pada tubuh dan luasnya ini. Unit tekanan dalam sistem internasional adalah Newton /m² O Pascal (PA).

Selain Pascal, tekanan memiliki banyak unit yang digunakan sesuai dengan ruang lingkup. Di antara mereka adalah PSI, atmosfer (ATM), bar dan milimeter merkuri (MMHG).

Suhu

Dalam interpretasi mikroskopisnya, suhu adalah ukuran energi kinetik molekul yang membentuk gas yang diteliti. Dan pada tingkat makroskopik menunjukkan arah aliran panas dengan menghubungi dua sistem.

Unit suhu dalam sistem internasional adalah Kelvin (K) dan ada juga skala Celcius (ºC) dan Fahrenheit (ºF) (ºF).

Dapat melayani Anda: Brayton Cycle: Proses, Efisiensi, Aplikasi, Latihan

Latihan terpecahkan

Bagian ini akan menggunakan persamaan untuk mendapatkan nilai variabel saat sistem berada dalam situasi tertentu. Ini tentang Persamaan negara.

Persamaan keadaan adalah model matematika yang memanfaatkan variabel keadaan dan perilaku sistem model. Objek studi diusulkan sebagai gas ideal, yang terdiri dari satu set molekul yang mampu bergerak secara bebas tetapi tanpa berinteraksi di antara mereka.

Persamaan status yang diusulkan untuk gas ideal adalah:

P.V = n.k.T

Di mana P Itu adalah tekanan, V Itu adalah volumenya, N Itu adalah jumlah molekul dan k Itu adalah konstanta Boltzmann.

-Latihan 1

Anda meningkatkan ban mobil Anda pada tekanan yang direkomendasikan oleh produsen 3.21 × 10⁵ Pa, di tempat di mana suhunya -5.00 ° C, tetapi sekarang ingin pergi ke pantai, di mana ada 28 ºC. Dengan peningkatan suhu, volume ban telah meningkat sebesar 3%.

Gambar 2. Dengan meningkatkan suhu dari -5ºC ke 28 ºC, udara ban meluas dan jika tidak ada kerugian. Tekanan meningkat. Sumber: Pixabay.

Temukan tekanan akhir dalam ban dan tunjukkan apakah telah melebihi toleransi yang diberikan oleh pabrikan, yang tidak melebihi 10% dari tekanan yang disarankan.

Larutan

Model gas ideal tersedia, oleh karena itu akan diasumsikan bahwa udara ban mengikuti persamaan yang diberikan. Ini juga akan berarti bahwa tidak ada kerugian udara pada ban, sehingga jumlah tahi lalat konstan:

Jumlah awal molekul (pada -5 ºC) = jumlah molekul akhir (pada 28 ºC)

(P.V/ k .T) _awal = (P.V/ k.T)_terakhir

Ini termasuk kondisi bahwa volume akhir telah meningkat sebesar 3%:

Dapat melayani Anda: sirkuit paralel

(P.V/t) _awal= 1.03v_awal (P /T)_terakhir

Data yang diketahui diganti dan tekanan akhir dihapus. PENTING: Suhu harus dinyatakan dalam Kelvin: T(K) = t (° C) + 273.limabelas

(P/T) _terakhir = (P/t) _awal /1.03 = (3.21 × 10⁵ PA / (-5 + 273.15 k)) /1.03 = 1.16 x 10³ Pa/k

P _terakhir = (28 + 273.15 K) _X1.16 _X 10³ Pa/k = 3.5 x 10⁵ Pa.

Pabrikan telah mengindikasikan bahwa toleransi adalah 10 %, oleh karena itu nilai maksimum tekanan adalah:

P _maksimum = 3.21 × 10⁵ Pa + 0.1 x 3.21 × 10⁵ PA = 3.531 × 10⁵ Pa

Anda dapat melakukan perjalanan dengan tenang ke pantai, setidaknya sejauh menyangkut ban, karena belum melebihi batas tekanan yang ditetapkan.

Latihan 2

Gas ideal memiliki volume 30 liter pada suhu 27 ° C dan tekanan 2 atmnya. Menjaga tekanan tetap konstan, temukan volumenya saat suhu berlalu -13 ºC.

Larutan

Ini adalah proses tekanan konstan (proses isobarik). Dalam hal ini, persamaan status gas ideal disederhanakan untuk:

P _awal = P _terakhir

(N.k.TELEVISI)_awal= (N.k.TELEVISI)_terakhir

(TELEVISI) _awal= (T/v) _terakhir

Hasilnya dikenal sebagai Hukum Charles. Data yang tersedia adalah:

V _awal = 30 L; T_awal = 27 ºC = (27 + 273.15 k) = 300.15 K; T _terakhir = (-13+273.15 k) = 260.15 k

Membersihkan dan mengganti:

V _terakhir = V _awal . (T _terakhir /T _awal) = 30 l . (260.15 K)/(300.15 k) = 26 l.

Referensi

1. Borgnakke. 2009. Dasar -dasar termodinamika. 7^th Edisi. Wiley and Sons. 13-47.
2. Cengel, dan. 2012. Termodinamika. 7^ma Edisi. Bukit McGraw. 2-6.
3. Konsep mendasar dari sistem termodinamika. Dipulihkan dari: TextScientificas.com.
4. Engel, t. 2007. Pengantar fisikokimia: termodinamika. Pearson. 1-9.
5. Nag, hlm.K. 2002. Termodinamika dasar dan terapan. Tata McGraw Hill. 1-4.
6. Universitas NavoJoa. Fisikokimia dasar. Pulih dari: fqb-unav.Forosaktif.bersih