A sistem termodinamic sau substanța de lucru este o parte a universului care este aleasă pentru a fi studiată prin termodinamică. Aceasta este o definiție foarte largă, deoarece un sistem termodinamic poate fi vast ca o galaxie sau poate fi o cantitate mică de gaz conținut într-un cilindru..
Tot ceea ce înconjoară sistemul termodinamic, inclusiv masa și spațiul, este mediul sau mediul său. Nu este vorba despre restul universului, ci doar despre mediul capabil să afecteze sistemul.
Într-un sistem termodinamic, schimbul de masă sau energie între sistem și împrejurimi este posibil, în funcție de tipul de sistem, fiind mediul în care se află observatorii care îl studiază..
În analiza unui sistem termodinamic este important să se stabilească hotarele (limite sau pereți), care pot fi fixe sau mobile. Un borcan de sticlă sau metal are pereți fixi, dar un piston sau un piston are pereți mobili..
Ca atare, granița poate fi o suprafață reală sau imaginară, dar în mod ideal are o grosime zero, o anumită rigiditate și alte caracteristici care sunt descrise matematic..
Granițele imaginare sunt necesare atunci când se studiază sistemele care fac ele însele parte din sisteme mult mai mari, cum ar fi o stea dintr-o nebuloasă..
Schimburile de căldură între sistem și împrejurimile sale, dacă există, sunt obiectivele principale ale termodinamicii. De aceea, un nume special este dat pereților care permit schimbul: adiabatic, în timp ce cei care nu permit acest lucru și izolează sistemul sunt diatermici..
Indice articol
Există diferite tipuri de sisteme termodinamice, care sunt clasificate în funcție de capacitatea lor de a schimba materia și energia cu mediul, în acest fel avem:
Schimbul de materie și energie cu exteriorul este permis, din acest motiv sunt numite și ele controlul volumului.
Multe sisteme din inginerie sunt modelate în acest fel, de exemplu încălzitoarele de apă de acasă și radiatoarele auto..
Ele sunt, de asemenea, cunoscute sub numele de masă de control și se caracterizează deoarece nu există schimb de materii cu mediul. Prin urmare, masa sa este fixă, cu toate acestea energia își poate depăși limita, fie ca căldură, fie ca muncă. În acest fel, volumul sistemului poate varia.
Acestea sunt sisteme închise în care este împiedicat schimbul de căldură, muncă sau orice formă de energie cu mediul înconjurător.
Sistemele descrise au fost clasificate în funcție de capacitatea lor de a schimba cu mediul, dar acesta nu este singurul criteriu. Sistemele termodinamice pot fi, de asemenea, omogene și eterogene.
Substanțele pure sunt exemple bune de sisteme omogene, cum ar fi sarea de masă stocată în agitatorul de sare. Dimpotrivă, o combinație de apă lichidă și vapori de apă este un sistem eterogen, deoarece este vorba despre două stări diferite, ale căror proprietăți diferă.
După cum am văzut, sistemele termodinamice variază de la cele mai simple la cele mai complexe. Cu toate acestea, atunci când le studiați, este convenabil să le definiți cu atenție și să încercați să găsiți toate modalitățile de simplificare a analizei..
Să vedem câteva exemple de sisteme reale care ne însoțesc în viața de zi cu zi:
Acesta este un sistem termodinamic foarte simplu și ilustrativ și, de asemenea, un mod bun de a pregăti mâncarea. Conținutul recipientului, fie că este vorba de ouă, un amestec pentru flan sau orice preparat, este sistemul termodinamic, în timp ce baia de apă constituie mediul sau mediul.
La încălzirea apei, căldura curge în sistem prin limita recipientului.
Cât de repede se gătește mâncarea depinde de mai mulți factori, dintre care unul este materialul cratiței: dacă este ceramică sau metalică. Știm că metalul este un bun conductor de căldură, așa că ne așteptăm ca conținutul să se încălzească rapid dacă se folosește o oală de oțel sau aluminiu..
În loc să încălziți sistemul, vă recomandăm să răcoriți, de exemplu, să încălziți o sticlă de lapte pentru bebeluși care a fost supraîncălzită. În acest caz, sistemul transferă căldura în baia de apă.
Bucătăria este un loc excelent pentru a găsi procese termodinamice. Un sos, pui sau alte alimente gătite într-o tigaie deschisă este un exemplu de sistem deschis, deoarece acolo sunt permise toate tipurile de schimb cu mediul: adăugarea condimentelor, a altor ingrediente și modificarea căldurii care se adaugă.
În motorul cu combustie internă al autoturismelor, motocicletelor, avioanelor și bărcilor există un amestec de gaz (aer) și combustibil care se prepară în carburator și este dus la cilindru, unde prin efectul arderii devine un amestec de gaze diferite.
Deoarece compoziția amestecului variază de-a lungul ciclului de lucru, este un sistem termodinamic complex și eterogen.
Cafeaua sau ceaiul rămân fierbinți mai mult timp într-un termos. Este un recipient cu pereți izolați, tocmai pentru a împiedica sistemul nostru - băutura fierbinte - să renunțe la căldura sa pentru mediu și să o răcească.
De fapt, un termos sunt două recipiente, între care se face un vid parțial pentru a evita prezența unui mediu, cum ar fi aerul, care ajută la conducerea căldurii din interior către exteriorul containerului..
Desigur, termosul funcționează și invers, servește la menținerea băuturilor reci mai mult timp.
Ouăle pe care le consumăm ca alimente sunt exemple excelente de sisteme termodinamice închise, dar permit schimbul de energie cu mediul înconjurător. Cojile de ouă permit căldura găinii să clocească embrionul, precum și trecerea gazelor.
Celula este unitatea fundamentală a ființelor vii și este un sistem termodinamic minunat de eficient. Prin extensie, orice ființă vie poate fi considerată și un sistem termodinamic complex.
Membrana celulară care acoperă structurile interne, cum ar fi nucleul și mitocondriile, este granița dintre sistem și mediu. Acest lucru permite schimbul de energie, sosirea nutrienților din exterior și ieșirea deșeurilor.
Conserve sunt exemple tipice de sisteme termodinamice închise.
Apa din interiorul încălzitorului este un sistem termodinamic deschis, deoarece este necesar să se permită căldurii să ajungă la apă, de obicei de la o rezistență electrică care este încălzită, dacă încălzitorul este electric sau prin energie solară sau prin flacăra care vine de la o brichetă gaz.
Nimeni nu a comentat acest articol încă.