열역학 공정 유형 및 예



그 열역학적 공정 그것들은 열 (에너지)의 흐름 또는 시스템과 그 주변 사이의 작업을 포함하는 물리적 또는 화학적 현상입니다. 열에 관해 이야기 할 때, 많은 열 에너지를 방출하는 과정의 현저한 표현 인 화재의 이미지를 합리적으로 생각하게됩니다..

이 시스템은 거시적 인 것 (기차, 로켓, 화산)과 현미경 (원자, 박테리아, 분자, 양자점 등) 일 수 있습니다. 이것은 우주의 나머지 부분과 분리되어이 열을 입력하거나 남기는 열을 고려합니다..

그러나 열 흐름이있을뿐만 아니라 시스템은 고려 된 현상에 대한 응답으로 환경의 변수에 변화를 일으킬 수 있습니다. 열역학적 법칙에 따르면 반응과 열 사이에 보상이 있어야 물질과 에너지가 항상 보존됩니다..

위는 육안 및 현미경 시스템에 유효합니다. 첫 번째와 마지막 사이의 차이는 에너지 상태를 정의하는 것으로 간주되는 변수 (본질적으로 초기 및 최종).

그러나 열역학 모델은 시스템의 압력, 부피 및 온도와 같은 변수를 제어하여 두 가지 세계를 연결하는 것을 목표로하며,이 상수의 일부를 유지하여 다른 시스템의 효과를 연구합니다.

이 근사를 허용하는 첫 번째 모델은 이상 기체 (PV = nRT)의 모델이며, 여기서 n은 몰의 수이고, 부피 V와 몰 부피를 나눌 때.

그런 다음 이러한 변수에 따라 시스템 - 주변 간의 변화를 표현하고, 다른 것은 기계 및 산업 프로세스에 없어서는 안될 작업 (PV = W)으로 정의 할 수 있습니다.

다른 한편으로, 열역학 변수의 또 다른 유형은 화학 현상에 더 큰 관심이있다. 이들은 에너지의 방출 또는 흡수와 직접적으로 관련이 있으며, 분자의 본질적 특성에 의존한다 : 연결의 형성 및 유형.

색인

  • 1 열역학 과정의 시스템 및 현상
    • 1.1 물리 화학적 현상
    • 1.2 물리적 현상의 예
    • 1.3 화학 현상의 예
  • 2 열역학적 공정의 유형과 예
    • 2.1 단열 과정
    • 2.2 등온 공정
    • 2.3 동등한 과정
    • 2.4 등가 (issochoric) 과정
  • 3 참고

열역학 과정의 시스템 및 현상

위의 이미지에서 시스템의 세 가지 유형이 나타납니다 : 폐쇄 형, 개방형 및 단열 형.

닫힌 체계에서는 그 곳과 그 주변 사이에 물질의 이동이 없으므로 어떤 것도 들어 오거나 나갈 수 없다. 그러나 에너지는 상자의 경계를 넘을 수 있습니다. 즉, F 현상은 에너지를 방출하거나 흡수하여 상자 밖의 것을 수정합니다..

반면에 개방형 시스템에서는 시스템의 지평선이 점선으로되어있어 에너지와 물질이이 둘 사이를왔다 갔다 할 수 있다는 것을 의미합니다.

마지막으로 고립 된 시스템에서 그것과 주변 환경 간의 물질과 에너지의 교환은 무효이다. 이러한 이유로 이미지에서 세 번째 상자는 거품으로 묶입니다. 주변이 우주의 나머지가 될 수 있다는 것을 분명히하는 것이 필요하며 연구는 시스템의 범위를 어느 정도 고려해야 하는지를 정의하는 것입니다.

물리 화학적 현상

구체적으로 F 현상은 무엇입니까? 문자 F와 황색 원으로 표시되는 현상은 일어나는 변화이며 물질의 물리적 변형 또는 변형이 될 수 있습니다.

그 차이점은 무엇입니까? 간결하게 : 첫 번째 링크는 깨지거나 새 링크를 만들지 않지만 두 번째 링크는 새 링크를 만들지 않습니다..

따라서 열역학적 과정은 물리적 또는 화학적 현상에 따라 고려 될 수있다. 그러나, 둘 다 공통적으로 일부 분자 또는 원자 성의 변화가있다.

물리적 현상의 예

냄비에 물을 가열하면 증기의 압력이 대기압과 같은 지점까지 분자 사이의 충돌이 증가하고 액체에서 가스로의 위상 변화가 발생합니다. 즉 : 물이 증발합니다..

여기서 물 분자는 어떤 결합도 파괴하지 않지만 에너지 변화를 겪습니다. 또는 무엇이 동일한 지, 물의 내부 에너지 U는 수정된다.

이 경우에 대한 열역학 변수는 무엇입니까? 대기압 P이전의, 조리 가스의 연소에 의해 생성 된 온도와 물의 부피.

대기압은 일정하지만, 가열되기 때문에 물의 온도는 그렇지 않습니다. 그것의 분자가 공간에서 팽창하기 때문에 부피도 없습니다. 이것은 등 응집 과정에서의 물리적 현상의 예이다. 즉, 일정한 압력에서의 열역학적 시스템.

압력솥에 콩을 넣은 물을 넣으면 어떨까요? 이 경우, 부피는 일정하게 유지되고 (입자를 조리 할 때 압력이 해제되지 않는 한), 압력 및 온도 변화.

이것은 생산 된 가스가 도망의 벽과 액체 표면에서 빠져 나가거나 빠져 나올 수 없기 때문입니다. 우리는 또 다른 물리적 현상에 대해서 이야기하고 있지만 등각 과정.

화학 현상의 예

분자 또는 원자 구조와 같은 현미경 적 요인에 고유 한 열역학 변수가 있다고 언급되었습니다. 이 변수들은 무엇입니까? 깁스 (S)의 엔탈피 (H), 엔트로피 (S), 내부 에너지 (U) 및 자유 에너지.

물질의 이러한 내재적 변수는 선택된 수학적 모델 (일반적으로 이상 기체 모델)에 따라 거시적 인 열역학 변수 (P, T 및 V)로 정의되고 표현된다. 이러한 열역학적 연구 덕분에 화학 현상을 연구 할 수 있습니다..

예를 들어, 우리는 A + B => C 유형의 화학 반응을 연구하려고하지만 반응은 70 ° C에서만 일어납니다. 또한, 100 ℃ 이상의 온도에서 C를 생산하는 대신 D가 생성됩니다.

이러한 조건에서, 반응기 (반응이 수행되는 어셈블리)는 약 70 ℃의 일정한 온도를 보장해야하므로 프로세스는 등온.

열역학적 공정의 유형과 예

단열 과정

그것들은 시스템과 그 환경 사이에 순수한 전달이없는 것들입니다. 이것은 장기간에 걸쳐 격리 된 시스템 (거품 내부의 상자)에 의해 보장됩니다..

예제들

그 예로는 화학 반응 (연소, 용해, 산화 등)으로 방출되거나 흡수되는 열의 양을 결정하는 열량계가 있습니다..

물리적 현상 내에서 피스톤에 가해진 압력으로 고온 가스를 발생시키는 움직임이 있습니다. 마찬가지로, 대기의 공기가 지표면을 누를 때, 그것의 온도는 팽창하기 때문에 증가한다.

다른 한편, 다른 표면이 가스 상태이고 밀도가 낮 으면, 고압이 느껴질 때 온도가 낮아 지므로 입자가 응축됩니다.

단열 공정은 열 손실이 적을수록 비용에 반영되는 낮은 성능을 의미하는 많은 산업 공정에 이상적입니다. 이를 고려하기 위해 열 흐름은 0이어야합니다. 그렇지 않으면 입력되는 열의 양이 시스템에 들어가는 양과 같아야합니다..

등온 공정

등온 공정은 시스템의 온도가 일정하게 유지되는 공정입니다. 이것은 일을함으로써 이루어 지므로 다른 변수들 (P와 V)은 시간에 따라 변한다..

예제들

이러한 유형의 열역학적 과정의 예는 무수합니다. 본질적으로, 많은 세포 활동은 일정한 온도에서 일어난다 (세포막을 통한 이온과 물의 교환). 화학 반응에서 열 평형을 이루는 모든 것은 등온 과정으로 간주됩니다.

인간의 신진 대사는 광범위한 화학 반응을 통해 일정한 체온 (약 37 ° C)을 유지합니다. 이것은 음식에서 얻은 에너지 덕분입니다..

상 변화는 또한 등온 과정이다. 예를 들어, 액체가 얼어 붙으면 열이 방출되어 완전히 고체 상태가 될 때까지 온도가 내려 가지 않습니다. 일단 고체가 더 이상 에너지를 방출하지 않기 때문에 온도가 계속 낮아질 수 있습니다..

이상 기체가 포함 된 시스템에서 내부 에너지 U의 변화는 0이므로 모든 열이 작업 수행에 사용됩니다.

등온선 과정

이러한 공정에서 시스템 내의 압력은 일정하게 유지되며 체적과 온도가 변합니다. 일반적으로 이들은 대기압에 노출 된 시스템이나 압력 증가를 억제하기 위해 볼륨의 증가로 인해 한계가 변형 될 수있는 폐쇄 시스템에서 발생할 수 있습니다.

예제들

엔진 내부의 실린더에서 가스가 가열되면 피스톤이 밀려 시스템의 부피가 변경됩니다.

이것이 사실이 아니라면 시스템이 실린더의 벽면에있는 가스 종의 충돌을 줄일 수있는 방법이 없으므로 압력이 증가합니다..

등가의 과정

isochoric 프로세스에서는 볼륨이 일정하게 유지됩니다. 또한 시스템이 작업을 생성하지 않는 것으로 간주 될 수 있습니다 (W = 0).

기본적으로, 그들은 교반 여부와 상관없이 모든 용기 안에서 연구되는 물리적 또는 화학적 현상입니다.

예제들

이러한 과정의 예는 음식 조리, 커피 준비, 아이스크림 병 냉각, 설탕의 결정화, 약간 용해 가능한 침전물의 용해, 이온 교환 크로마토 그래피 등입니다..

참고 문헌

  1. 존스, 앤드류 짐머만 (2016 년 9 월 17 일). 열역학 과정이란 무엇입니까? 촬영 장소 : thoughtco.com
  2. J. Wilkes. (2014). 열역학 과정. [PDF] 찍은 것 : courses.washington.edu
  3. 연구 (2016 년 8 월 9 일). 열역학 과정 : 등온선, 등온선, 등온선 및 단열. 촬영 장소 : study.com
  4. 케빈 완드레이 (2018). 열역학 제 1 법칙과 제 2 법칙의 몇 가지 예가 무엇입니까? 허스트 시애틀 미디어, LLC. 촬영지 : education.seattlepi.com
  5. 램버트. (2006). 열역학 제 2 법칙. 가져온 것 : entropysite.oxy.edu
  6. 15 열역학. [PDF] 찍은 것 : wright.edu