De termodynamiska variabler eller tillståndsvariabler är de makroskopiska storheterna som kännetecknar ett termodynamiskt system, varav det mest kända är tryck, volym, temperatur och massa. De är mycket användbara för att beskriva system med flera in- och utgångar. Det finns många lika viktiga tillståndsvariabler, förutom de som redan nämnts. Valet beror på systemet och dess komplexitet.
Ett flygplan fullt av passagerare eller en bil kan betraktas som system och deras variabler inkluderar, förutom massa och temperatur, mängden bränsle, geografisk position, hastighet, acceleration och naturligtvis många fler..
Om så många variabler kan definieras, när betraktas en variabel som tillstånd? De där processen där variabeln får sitt värde inte spelar någon roll betraktas som sådan..
Å andra sidan, när transformationens natur påverkar variabelns slutvärde, anses den inte längre vara en tillståndsvariabel. Viktiga exempel på dessa är arbete och värme.
Kunskapen om tillståndsvariablerna gör det möjligt att fysiskt beskriva systemet vid en given tidpunkt teller. Tack vare erfarenheten skapas matematiska modeller som beskriver deras utveckling över tid och förutsäger tillståndet vid tiden t> teller.
Artikelindex
När det gäller en gas, som är ett system som ofta studeras inom termodynamik, massa Det är en av de viktigaste och grundläggande tillståndsvariablerna i alla system. Det är relaterat till mängden materia det innehåller. I det internationella systemet mäts det i kg.
Massa är mycket viktigt i ett system och termodynamiska egenskaper klassificeras efter huruvida de är beroende av det eller inte:
-Intensiva: de är oberoende av massa och storlek, till exempel temperatur, tryck, viskositet och i allmänhet de som skiljer ett system från ett annat.
-Omfattande: de som varierar beroende på systemets storlek och dess massa, såsom vikt, längd och volym.
-Specifikt: de som erhålls genom att uttrycka omfattande egenskaper per massenhet. Bland dem är specifik vikt och specifik volym.
För att skilja mellan typerna av variabler, tänk dig att dela systemet i två lika stora delar: om storleken förblir densamma i var och en är det en intensiv variabel. Om det inte är så minskar dess värde med hälften.
Det är det utrymme som systemet upptar. Volymenheten i det internationella systemet är kubikmeter: m3. Andra allmänt använda enheter inkluderar kubikcentimeter, kubikfot och liter..
Det är en skalär storlek som ges av kvoten mellan den vinkelräta komponenten av den kraft som appliceras på en kropp och dess område. Tryckenheten i det internationella systemet är newton / mtvå eller Pascal (Pa).
Förutom Pascal har trycket många enheter som används enligt omfattningen. Dessa inkluderar psi, atmosfär (atm), barer och millimeter kvicksilver (mmHg)..
I sin tolkning på mikroskopisk nivå är temperaturen ett mått på den kinetiska energin hos de molekyler som utgör gasen som studeras. Och på makroskopisk nivå indikerar det riktningen för värmeflödet när du sätter två system i kontakt.
Temperaturenheten i det internationella systemet är Kelvin (K) och det finns också Celsius (ºC) och Fahrenheit (ºF) skalor..
I detta avsnitt kommer ekvationer att användas för att erhålla värdena på variablerna när systemet befinner sig i en viss situation. Det handlar om tillståndsekvationer.
En tillståndsekvation är en matematisk modell som använder tillståndsvariabler och modellerar systemets beteende. En idealgas föreslås som ett studieobjekt, som består av en uppsättning molekyler som kan röra sig fritt men utan att interagera med varandra..
Den föreslagna tillståndsekvationen för idealgaser är:
P.V = N.k.T
Var P det är trycket, V är volymen, N är antalet molekyler och k är Boltzmanns konstant.
Du blåste upp bilens däck till tillverkarens rekommenderade tryck på 3,21 × 105 Pa, på en plats där temperaturen var -5,00 ° C, men nu vill han åka till stranden, där det är 28 ° C. Med ökande temperatur har däckets volym ökat med 3%.
Hitta det slutliga trycket i däcket och ange om det har överskridit tillverkarens tolerans, vilket inte får överstiga 10% av det rekommenderade trycket.
Den ideala gasmodellen är tillgänglig, därför antas luften i däcken följa den givna ekvationen. Det antar också att det inte finns några luftläckage i däcken, så antalet mol är konstant:
initialt antal molekyler (vid -5 ° C) = slutligt antal molekyler (vid 28 ° C)
(P.V / k. T) första = (P.V / k.T)slutlig
Villkoret att den slutliga volymen har ökat med 3% ingår:
(P.V / T) första= 1,03Vförsta (P / T)slutlig
De kända uppgifterna ersätts och det slutliga trycket rensas. Viktigt: temperaturen måste uttryckas i Kelvin: T(K) = T (° C) + 273,15
(P / T) slutlig = (P / T) första /1.03 = (3,21 × 105 Pa / (-5 + 273,15 K)) /1,03 = 1,16 x 103 Pa / K
P slutlig = (28 + 273,15 K) x1.16 x 103 Pa / K = 3,5 x 105 Pa.
Tillverkaren har angett att toleransen är 10%, varför det maximala trycket är:
P maximal = 3,21 × 105 Pa + 0,1 x 3,21 × 105 Pa = 3,531 × 105 Pa
Du kan säkert resa till stranden, åtminstone vad gäller däcken, eftersom du inte har överskridit den fastställda tryckgränsen.
En idealisk gas har en volym på 30 liter vid en temperatur på 27 ° C och dess tryck på 2 atm. Håll trycket konstant och hitta dess volym när temperaturen blir -13 ºC.
Det är en konstant tryckprocess (isobarisk process). I ett sådant fall förenklar den ideala gasekvationen av tillstånd till:
P första = P slutlig
(N.k.T / V)första= (N.k.T / V)slutlig
(TV) första= (T / V) slutlig
Detta resultat är känt som Charles lag. De tillgängliga uppgifterna är:
V första = 30 L; Tförsta = 27 ° C = (27 + 273,15 K) = 300,15 K; T slutlig = (- 13 + 273,15 K) = 260,15 K
Lösa och ersätta:
V slutlig = V första . (T slutlig / T första) = 30 L. (260,15 K) / (300,15 K) = 26 L.
Ingen har kommenterat den här artikeln än.