variabile termodinamice sau variabilele de stare sunt acele mărimi macroscopice care caracterizează un sistem termodinamic, cele mai cunoscute fiind presiunea, volumul, temperatura și masa. Sunt foarte utile în descrierea sistemelor cu intrări și ieșiri multiple. Există numeroase variabile de stare la fel de importante, în afară de cele menționate deja. Selecția făcută depinde de sistem și de complexitatea acestuia.
Un avion plin de pasageri sau o mașină poate fi considerat sisteme, iar variabilele lor includ, pe lângă masă și temperatură, cantitatea de combustibil, poziția geografică, viteza, accelerația și, desigur, multe altele..
Dacă se pot defini atât de multe variabile, când este considerată o variabilă stare? Cele în care procesul prin care variabila își dobândește valoarea nu contează sunt considerate ca atare..
Pe de altă parte, atunci când natura transformării influențează valoarea finală a variabilei, aceasta nu mai este considerată o variabilă de stare. Exemple importante ale acestora sunt munca și căldura.
Cunoașterea variabilelor de stare permite descrierea fizică a sistemului la un moment dat tsau. Datorită experienței, sunt create modele matematice care descriu evoluția lor în timp și prezic starea la momentul t> tsau.
Indice articol
În cazul unui gaz, care este un sistem frecvent studiat în termodinamică, masa Este una dintre variabilele de stare principale și fundamentale ale oricărui sistem. Este legat de cantitatea de materie pe care o conține. În sistemul internațional se măsoară în kg.
Masa este foarte importantă într-un sistem, iar proprietățile termodinamice sunt clasificate în funcție de faptul că depind sau nu de acesta:
-Intensive: sunt independente de masă și dimensiune, de exemplu temperatura, presiunea, vâscozitatea și, în general, cele care disting un sistem de altul.
-Extinse: cele care variază în funcție de dimensiunea sistemului și de masa acestuia, cum ar fi greutatea, lungimea și volumul.
-Specific: cele obținute prin exprimarea proprietăților extinse pe unitate de masă. Printre acestea se numără greutatea specifică și volumul specific.
Pentru a distinge între tipurile de variabile, imaginați-vă împărțirea sistemului în două părți egale: dacă magnitudinea rămâne aceeași în fiecare, aceasta este o variabilă intensivă. Dacă nu este, valoarea acestuia scade la jumătate.
Este spațiul ocupat de sistem. Unitatea de volum din sistemul internațional este metrul cub: m3. Alte unități utilizate pe scară largă includ centimetri cubi, picioare cubice și litrul..
Este o magnitudine scalară dată de coeficientul dintre componenta perpendiculară a forței aplicate unui corp și aria acestuia. Unitatea de presiune din sistemul internațional este newtonul / mDouă sau Pascal (Pa).
În plus față de Pascal, presiunea are numeroase unități care sunt utilizate în funcție de domeniu. Acestea includ psi, atmosferă (atm), bare și milimetri de mercur (mmHg)..
În interpretarea sa la nivel microscopic, temperatura este măsura energiei cinetice a moleculelor care alcătuiesc gazul studiat. Și la nivel macroscopic indică direcția fluxului de căldură atunci când puneți două sisteme în contact.
Unitatea de temperatură din sistemul internațional este Kelvin (K) și există și scale Celsius (ºC) și Fahrenheit (ºF)..
În această secțiune, ecuațiile vor fi utilizate pentru a obține valorile variabilelor atunci când sistemul se află într-o anumită situație. Este vorba despre ecuații de stare.
O ecuație de stare este un model matematic care folosește variabile de stare și modelează comportamentul sistemului. Un gaz ideal este propus ca obiect de studiu, care constă dintr-un set de molecule capabile să se miște liber, dar fără să interacționeze între ele..
Ecuația de stare propusă pentru gazele ideale este:
P.V = N.k.T
Unde P este presiunea, V este volumul, N este numărul de molecule și k este constanta lui Boltzmann.
Ați umflat anvelopele mașinii la presiunea recomandată de producător de 3,21 × 105 Pa, într-un loc unde temperatura a fost de -5,00 ° C, dar acum vrea să meargă la plajă, unde sunt 28 ° C. Odată cu creșterea temperaturii, volumul unei anvelope a crescut cu 3%.
Găsiți presiunea finală în anvelopă și indicați dacă a depășit toleranța dată de producător, care nu trebuie să depășească 10% din presiunea recomandată.
Modelul ideal pentru gaz este disponibil, prin urmare se presupune că aerul din anvelope urmează ecuația dată. De asemenea, va presupune că nu există scurgeri de aer în anvelope, astfel încât numărul de alunițe este constant:
numărul inițial de molecule (la -5 ° C) = numărul final de molecule (la 28 ° C)
(P.V / k .T) iniţială = (P.V / k.T)final
Condiția ca volumul final să crească cu 3% este inclusă:
(P.V / T) iniţială= 1,03Viniţială (P / T)final
Datele cunoscute sunt substituite și presiunea finală este eliminată. Important: temperatura trebuie exprimată în Kelvin: T(K) = T (° C) + 273,15
(P / T) final = (P / T) iniţială /1.03 = (3,21 × 105 Pa / (-5 + 273,15 K)) / 1,03 = 1,16 x 103 Pa / K
P final = (28 + 273,15 K) X1.16 X 103 Pa / K = 3,5 x 105 Pa.
Producătorul a indicat că toleranța este de 10%, prin urmare valoarea maximă a presiunii este:
P maxim = 3,21 × 105 Pa + 0,1 x 3,21 × 105 Pa = 3,531 × 105 Pa
Puteți călători în siguranță la plajă, cel puțin în ceea ce privește anvelopele, deoarece nu ați depășit limita de presiune stabilită.
Un gaz ideal are un volum de 30 de litri la o temperatură de 27 ° C și o presiune de 2 atm. Păstrând presiunea constantă, găsiți volumul acesteia când temperatura devine -13 ° C.
Este un proces de presiune constantă (proces izobaric). Într-un astfel de caz, ecuația de stare a gazului ideal se simplifică la:
P iniţială = P final
(N.k.T / V)iniţială= (N.k.T / V)final
(TELEVIZOR) iniţială= (T / V) final
Acest rezultat este cunoscut sub numele de legea lui Charles. Datele disponibile sunt:
V iniţială = 30 L; Tiniţială = 27 ° C = (27 + 273,15 K) = 300,15 K; T final = (- 13 + 273,15 K) = 260,15 K
Rezolvarea și înlocuirea:
V final = V iniţială . (T final / T iniţială) = 30 L. (260,15 K) / (300,15 K) = 26 L.
Nimeni nu a comentat acest articol încă.