ตัวแปรทางอุณหพลศาสตร์คืออะไรและแบบฝึกหัดที่แก้ไขได้ - กายภาพ - 2025

ตัวแปรทางอุณหพลศาสตร์หรือตัวแปรรัฐเป็นผู้ที่ปริมาณเปล่าพัฒนาการระบบทางอุณหพลศาสตร์มากที่สุดความดันคุ้นเคยปริมาณอุณหภูมิและมวล มีประโยชน์มากในการอธิบายระบบที่มีอินพุตและเอาต์พุตหลายตัว มีตัวแปรสถานะที่สำคัญเท่าเทียมกันมากมายนอกเหนือจากที่กล่าวไปแล้ว การเลือกขึ้นอยู่กับระบบและความซับซ้อนของระบบ

เครื่องบินที่เต็มไปด้วยผู้โดยสารหรือรถยนต์ถือได้ว่าเป็นระบบและตัวแปรของมัน ได้แก่ มวลและอุณหภูมิปริมาณเชื้อเพลิงตำแหน่งทางภูมิศาสตร์ความเร็วความเร่งและอื่น ๆ อีกมากมาย

รูปที่ 1. เครื่องบินสามารถศึกษาได้ว่าเป็นระบบอุณหพลศาสตร์ ที่มา: Pixabay

หากสามารถกำหนดตัวแปรได้มากตัวแปรจะพิจารณาสถานะเมื่อใด กระบวนการที่ตัวแปรได้รับค่าของมันไม่สำคัญจะถูกพิจารณาว่าเป็นเช่นนี้

ในทางกลับกันเมื่อลักษณะของการเปลี่ยนแปลงมีผลต่อค่าสุดท้ายของตัวแปรจะไม่ถือว่าเป็นตัวแปรสถานะอีกต่อไป ตัวอย่างที่สำคัญของสิ่งเหล่านี้คือการทำงานและความร้อน

ความรู้ของตัวแปรรัฐจะช่วยให้การอธิบายระบบร่างกายในเวลาที่กำหนดเสื้อo ขอขอบคุณที่ประสบการณ์แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่ถูกสร้างขึ้นที่อธิบายถึงวิวัฒนาการของพวกเขาในช่วงเวลาและทำนายรัฐที่เวลา t> T o

ตัวแปรที่เข้มข้นกว้างขวางและเฉพาะเจาะจง

ในกรณีของก๊าซซึ่งเป็นระบบที่ศึกษาบ่อยในอุณหพลศาสตร์มวลเป็นหนึ่งในสถานะหลักและตัวแปรพื้นฐานของระบบใด ๆ มันเกี่ยวข้องกับปริมาณของสสารที่มีอยู่ ในระบบสากลมีหน่วยวัดเป็นกก.

มวลมีความสำคัญมากในระบบและคุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ถูกจำแนกตามหรือไม่ขึ้นอยู่กับ:

-Intensive: ไม่ขึ้นกับมวลและขนาดตัวอย่างเช่นอุณหภูมิความดันความหนืดและโดยทั่วไปแล้วสิ่งที่แยกแยะระบบหนึ่งจากอีกระบบหนึ่ง

-Extensive: สิ่งที่แตกต่างกันไปตามขนาดของระบบและมวลเช่นน้ำหนักความยาวและปริมาตร

- เฉพาะ: สิ่งที่ได้จากการแสดงคุณสมบัติที่กว้างขวางต่อหนึ่งหน่วยของมวล มีความถ่วงจำเพาะและปริมาตรจำเพาะ

ในการแยกความแตกต่างระหว่างประเภทของตัวแปรลองนึกภาพการแบ่งระบบออกเป็นสองส่วนเท่า ๆ กัน: ถ้าขนาดยังคงเท่ากันในแต่ละส่วนแสดงว่าเป็นตัวแปรที่เข้มข้น หากไม่เป็นเช่นนั้นมูลค่าจะถูกตัดครึ่งหนึ่ง

- ความดันปริมาตรและอุณหภูมิ

ปริมาณ

เป็นพื้นที่ที่ระบบครอบครอง หน่วยของปริมาณในระบบระหว่างประเทศเป็นลูกบาศก์เมตร: m 3 หน่วยอื่น ๆ ที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย ได้แก่ ลูกบาศก์นิ้วลูกบาศก์ฟุตและลิตร

ความดัน

มันเป็นขนาดสเกลาร์ที่กำหนดโดยผลหารระหว่างส่วนประกอบตั้งฉากของแรงที่กระทำกับร่างกายและพื้นที่ หน่วยของความดันในระบบสากลคือนิวตัน / ม. ²หรือปาสกาล (Pa)

นอกจากปาสคาลแล้วความดันยังมีหน่วยอีกมากมายที่ใช้ตามพื้นที่ ซึ่งรวมถึง psi บรรยากาศ (atm) แท่งและมิลลิเมตรปรอท (mmHg)

อุณหภูมิ

ในการแปลความหมายในระดับกล้องจุลทรรศน์อุณหภูมิคือการวัดพลังงานจลน์ของโมเลกุลที่ประกอบเป็นก๊าซที่อยู่ระหว่างการศึกษา และในระดับมหภาคจะระบุทิศทางการไหลของความร้อนเมื่อวางระบบสองระบบเข้าด้วยกัน

หน่วยอุณหภูมิในระบบสากลคือเคลวิน (K) และยังมีสเกลเซลเซียส (ºC) และฟาเรนไฮต์ (ºF)

แบบฝึกหัดที่แก้ไข

ในส่วนนี้จะใช้สมการเพื่อรับค่าของตัวแปรเมื่อระบบอยู่ในสถานการณ์เฉพาะ มันเกี่ยวกับสมการของรัฐ

สมการสถานะเป็นแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่ใช้ตัวแปรสถานะและแบบจำลองพฤติกรรมของระบบ ก๊าซอุดมคติถูกเสนอให้เป็นวัตถุในการศึกษาซึ่งประกอบด้วยชุดของโมเลกุลที่สามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ แต่ไม่มีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน

สมการของสถานะที่เสนอสำหรับก๊าซในอุดมคติคือ:

โดยที่ P คือความดัน V คือปริมาตร N คือจำนวนโมเลกุลและ k คือค่าคงที่ของ Boltzmann

- การออกกำลังกาย 1

คุณเติมลมยางรถยนต์ของคุณตามแรงดันที่แนะนำของผู้ผลิตที่ 3.21 × 10 ⁵ Pa ในสถานที่ที่มีอุณหภูมิ –5.00 ° C แต่ตอนนี้คุณต้องการไปที่ชายหาดซึ่งมีอุณหภูมิ 28 ° C เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นปริมาตรของยางก็เพิ่มขึ้น 3%

รูปที่ 2. โดยการเพิ่มอุณหภูมิจาก-5ºCถึง28ºCอากาศในยางจะขยายตัวและหากไม่มีการสูญเสีย ความดันเพิ่มขึ้น ที่มา: Pixabay

ค้นหาแรงดันสุดท้ายในยางและระบุว่ามีค่าเกินขีด จำกัด ที่กำหนดโดยผู้ผลิตหรือไม่ซึ่งไม่เกิน 10% ของแรงดันที่แนะนำ

สารละลาย

มีรูปแบบก๊าซในอุดมคติดังนั้นอากาศในยางจะถือว่าเป็นไปตามสมการที่กำหนด นอกจากนี้ยังถือว่าไม่มีการรั่วไหลของอากาศในยางดังนั้นจำนวนโมลจึงคงที่:

รวมถึงเงื่อนไขที่ปริมาณสุดท้ายเพิ่มขึ้น 3%:

ข้อมูลที่ทราบจะถูกแทนที่และความดันสุดท้ายจะถูกล้าง สำคัญ: ต้องแสดงอุณหภูมิเป็นเคลวิน: T (K) = T (° C) + 273.15

ผู้ผลิตระบุว่าความอดทนคือ 10% ดังนั้นค่าสูงสุดของความดันคือ:

คุณสามารถเดินทางไปที่ชายหาดได้อย่างปลอดภัยอย่างน้อยก็เท่าที่ห่วงยางเนื่องจากคุณยังไม่เกินขีด จำกัด แรงดันที่กำหนดไว้

แบบฝึกหัด 2

ก๊าซในอุดมคติมีปริมาตร 30 ลิตรที่อุณหภูมิ 27 ° C และความดัน 2 atm ถือค่าคงที่ของความดันหาปริมาตรเมื่ออุณหภูมิผ่าน -13 ºC

สารละลาย

เป็นกระบวนการความดันคงที่ (กระบวนการไอโซบาริก) ในกรณีเช่นนี้สมการก๊าซในอุดมคติของสถานะจะง่ายขึ้นเป็น:

ผลลัพธ์นี้เรียกว่ากฎของชาร์ลส์ ข้อมูลที่มี ได้แก่ :

การแก้และการแทนที่:

อ้างอิง

1. บอร์นากเก้. 2552. ความรู้พื้นฐานทางอุณหพลศาสตร์. 7 ^THฉบับ ไวลีย์และบุตรชาย 13-47.
2. Cengel, Y. 2555. อุณหพลศาสตร์. รุ่น7 ^ma McGraw Hill 2-6.
3. แนวคิดพื้นฐานของระบบอุณหพลศาสตร์ ดึงมาจาก: textscientificos.com.
4. Engel, T. 2007. Introduction to Physicochemistry: Thermodynamics. เพียร์สัน 1-9.
5. Nag, PK 2002. อุณหพลศาสตร์พื้นฐานและประยุกต์. Tata McGraw Hill 1-4.
6. มหาวิทยาลัย Navojoa ฟิสิกส์เคมีพื้นฐาน. ดึงมาจาก: fqb-unav.forosactivos.net