Det termodynamiske variabler eller tilstandsvariabler er de makroskopiske størrelser, der karakteriserer et termodynamisk system, hvor det mest velkendte er tryk, volumen, temperatur og masse. De er meget nyttige til beskrivelse af systemer med flere ind- og udgange. Der er mange lige så vigtige tilstandsvariabler, bortset fra de allerede nævnte. Valget, der foretages, afhænger af systemet og dets kompleksitet.
Et fly fuld af passagerer eller en bil kan betragtes som systemer, og deres variabler inkluderer ud over masse og temperatur mængden af brændstof, geografisk placering, hastighed, acceleration og selvfølgelig mange flere..
Hvis så mange variabler kan defineres, hvornår betragtes en variabel som tilstand? De, hvor processen, hvorved variablen får sin værdi, ikke betyder noget, betragtes som sådan..
På den anden side, når transformationens natur påvirker den endelige værdi af variablen, betragtes den ikke længere som en tilstandsvariabel. Vigtige eksempler på disse er arbejde og varme.
Kendskabet til tilstandsvariablerne gør det muligt fysisk at beskrive systemet på et givet tidspunkt teller. Takket være erfaringen oprettes matematiske modeller, der beskriver deres udvikling over tid og forudsiger tilstanden på tidspunktet t> teller.
Artikelindeks
I tilfælde af en gas, som er et system, der ofte undersøges inden for termodynamik, masse Det er en af de vigtigste og grundlæggende tilstandsvariabler i ethvert system. Det er relateret til mængden af stof, det indeholder. I det internationale system måles det i kg.
Masse er meget vigtigt i et system, og termodynamiske egenskaber klassificeres efter, om de er afhængige af det eller ej:
-Intensivt: de er uafhængige af masse og størrelse, for eksempel temperatur, tryk, viskositet og generelt dem, der adskiller et system fra et andet.
-Omfattende: dem, der varierer med størrelsen på systemet og dets masse, såsom vægt, længde og volumen.
-Specifik: dem opnået ved at udtrykke omfattende egenskaber pr. Masseenhed. Blandt dem er specifik tyngdekraft og specifikt volumen.
For at skelne mellem typerne af variabler, forestil dig at dele systemet i to lige store dele: hvis størrelsen forbliver den samme i hver, er det en intensiv variabel. Hvis den ikke er det, falder dens værdi med halvdelen.
Det er rummet, der er optaget af systemet. Volumenheden i det internationale system er kubikmeter: m3. Andre meget anvendte enheder inkluderer kubikcentimeter, kubikfod og liter..
Det er en skalar størrelsesorden givet af kvotienten mellem den lodrette komponent af den kraft, der påføres et legeme og dets område. Trykenheden i det internationale system er newton / mto eller Pascal (Pa).
Ud over Pascal har trykket mange enheder, der bruges i henhold til omfanget. Disse inkluderer psi, atmosfære (atm), barer og millimeter kviksølv (mmHg)..
I sin fortolkning på det mikroskopiske niveau er temperaturen et mål for den kinetiske energi af de molekyler, der udgør den undersøgte gas. Og på makroskopisk niveau indikerer det retningen på varmestrømmen, når du sætter to systemer i kontakt.
Temperaturenheden i det internationale system er Kelvin (K), og der er også Celsius (ºC) og Fahrenheit (ºF) skalaer..
I dette afsnit vil ligninger blive brugt til at opnå værdierne for variablerne, når systemet er i en bestemt situation. Det handler om ligninger af staten.
En tilstandsligning er en matematisk model, der gør brug af tilstandsvariabler og modellerer systemets opførsel. En ideel gas foreslås som et genstand for undersøgelse, som består af et sæt molekyler, der er i stand til at bevæge sig frit, men uden at interagere med hinanden..
Den foreslåede tilstandsligning for ideelle gasser er:
P.V = N.k.T
Hvor P det er trykket, V er lydstyrken, N er antallet af molekyler og k er Boltzmanns konstant.
Du oppustede din bils dæk til producentens anbefalede tryk på 3,21 × 105 Pa, et sted hvor temperaturen var -5,00 ° C, men nu vil han gå til stranden, hvor det er 28 ° C. Med stigende temperatur er dækkets volumen steget med 3%.
Find det endelige tryk i dækket, og angiv, om det har overskredet producentens tolerance, som ikke må overstige 10% af det anbefalede tryk.
Den ideelle gasmodel er tilgængelig, derfor antages luften i dækkene at følge den givne ligning. Det antages også, at der ikke er luftlækager i dækkene, så antallet af mol er konstant:
indledende antal molekyler (ved -5 ºC) = endeligt antal molekyler (ved 28 ºC)
(P.V / k. T) initial = (P.V / k.T)endelig
Betingelsen for, at det endelige volumen er steget med 3% er inkluderet:
(P.V / T) initial= 1,03Vinitial (P / T)endelig
De kendte data erstattes, og det endelige tryk ryddes. Vigtigt: temperaturen skal udtrykkes i Kelvin: T(K) = T (° C) + 273,15
(P / T) endelig = (P / T) initial /1.03 = (3,21 × 105 Pa / (-5 + 273,15 K)) /1,03 = 1,16 x 103 Pa / K
P endelig = (28 + 273,15 K) x1.16 x 103 Pa / K = 3,5 x 105 Pa.
Producenten har angivet, at tolerancen er 10%, derfor er den maksimale værdi af trykket:
P maksimum = 3,21 × 105 Pa + 0,1 x 3,21 × 105 Pa = 3,531 × 105 Pa
Du kan sikkert rejse til stranden, i det mindste hvad angår dækkene, da du ikke har overskredet den fastsatte trykgrænse.
En ideel gas har et volumen på 30 liter ved en temperatur på 27 ° C og dens tryk på 2 atm. Hold trykket konstant og find dets volumen, når temperaturen bliver -13 ºC.
Det er en konstant trykproces (isobarisk proces). I et sådant tilfælde forenkles den ideelle gasligning af tilstanden til:
P initial = P endelig
(N.k.T / V)initial= (N.k.T / V)endelig
(TV) initial= (T / V) endelig
Dette resultat er kendt som Charles 'lov. De tilgængelige data er:
V initial = 30 L; Tinitial = 27 ° C = (27 + 273,15 K) = 300,15 K; T endelig = (- 13 + 273,15 K) = 260,15 K
Løsning og erstatning:
V endelig = V initial . (T endelig / T initial) = 30 L. (260,15 K) / (300,15 K) = 26 L.
Endnu ingen kommentarer