PEMBOLEH UBAH TERMODINAMIK: APA ITU DAN LATIHAN YANG DISELESAIKAN - FIZIKAL - 2026

The pembolehubah termodinamik atau pemboleh ubah keadaan adalah mereka kuantiti makroskopik mencirikan sistem termodinamik, yang paling biasa tekanan, isipadu, suhu dan besar-besaran. Mereka sangat berguna dalam menggambarkan sistem dengan pelbagai input dan output. Terdapat banyak pemboleh ubah keadaan yang sama pentingnya, selain dari yang telah disebutkan. Pemilihan yang dibuat bergantung pada sistem dan kerumitannya.

Kapal terbang yang penuh dengan penumpang atau kereta boleh dianggap sebagai sistem dan pemboleh ubahnya termasuk, selain jisim dan suhu, jumlah bahan bakar, kedudukan geografi, kelajuan, pecutan dan tentu saja banyak lagi.

Gambar 1. Sebuah kapal terbang boleh dikaji sebagai sistem termodinamik. Sumber: Pixabay.

Sekiranya begitu banyak pemboleh ubah dapat ditentukan, bilakah pemboleh ubah dianggap sebagai keadaan? Mereka di mana proses di mana pemboleh ubah memperoleh nilainya tidak penting dianggap seperti itu.

Sebaliknya, apabila sifat transformasi mempengaruhi nilai akhir pemboleh ubah, ia tidak lagi dianggap sebagai pemboleh ubah keadaan. Contoh penting dari ini adalah kerja dan panas.

Pengetahuan mengenai pemboleh ubah keadaan memungkinkan untuk secara fizikal menerangkan sistem dalam masa tertentu t _o . Berkat pengalaman, model matematik dibuat yang menggambarkan evolusi mereka dari masa ke masa dan meramalkan keadaan pada masa t> t _o .

Pemboleh ubah intensif, luas dan spesifik

Dalam kes gas, yang merupakan sistem yang sering dikaji dalam termodinamika, jisim adalah salah satu keadaan utama dan pemboleh ubah asas sistem apa pun. Ia berkaitan dengan jumlah bahan yang terkandung di dalamnya. Dalam Sistem Antarabangsa diukur dalam kg.

Jisim sangat penting dalam sistem dan sifat termodinamik dikelaskan mengikut sama ada mereka bergantung atau tidak:

-Intensif: mereka tidak bergantung pada jisim dan ukuran, misalnya suhu, tekanan, kelikatan dan secara amnya sistem yang membezakan satu sistem dengan sistem yang lain.

-Luas: sistem yang berbeza-beza dengan ukuran sistem dan jisimnya, seperti berat, panjang dan isipadu.

-Spesifik: yang diperoleh dengan menyatakan sifat luas per unit jisim. Antaranya ialah graviti dan isipadu tertentu.

Untuk membezakan antara jenis pemboleh ubah, bayangkan membahagikan sistem kepada dua bahagian yang sama: jika magnitudnya tetap sama di masing-masing, itu adalah pemboleh ubah intensif. Sekiranya tidak, nilainya dipotong separuh.

-Tekanan, isipadu dan suhu

Isipadu

Ia adalah ruang yang dihuni oleh sistem. Unit isipadu dalam Sistem Antarabangsa adalah meter padu: m ³ . Unit lain yang banyak digunakan termasuk inci padu, kaki padu, dan liter.

Tekanan

Ini adalah magnitud skalar yang diberikan oleh hasil bagi antara komponen tegak lurus gaya yang dikenakan pada badan dan kawasannya. Unit tekanan dalam Sistem Antarabangsa adalah Newton / m ² atau Pascal (Pa).

Selain Pascal, tekanan memiliki banyak unit yang digunakan sesuai dengan daerah. Ini termasuk psi, atmosfer (atm), bar, dan milimeter merkuri (mmHg).

Suhu

Dalam penafsirannya pada tahap mikroskopik, suhu adalah ukuran tenaga kinetik molekul yang membentuk gas yang dikaji. Dan pada tahap makroskopik menunjukkan arah aliran haba ketika meletakkan dua sistem bersentuhan.

Unit suhu dalam Sistem Antarabangsa adalah Kelvin (K) dan terdapat juga skala Celsius (ºC) dan Fahrenheit (ºF).

Latihan yang diselesaikan

Dalam bahagian ini, persamaan akan digunakan untuk mendapatkan nilai pemboleh ubah ketika sistem berada dalam situasi tertentu. Ini mengenai persamaan keadaan.

Persamaan keadaan adalah model matematik yang menggunakan pemboleh ubah keadaan dan memodelkan tingkah laku sistem. Gas ideal dicadangkan sebagai objek kajian, yang terdiri daripada sekumpulan molekul yang mampu bergerak bebas tetapi tanpa saling berinteraksi.

Persamaan keadaan yang dicadangkan untuk gas ideal adalah:

Di mana P adalah tekanan, V adalah isipadu, N adalah bilangan molekul, dan k adalah pemalar Boltzmann.

-Latihan 1

Anda menaikkan tayar kereta anda ke tekanan yang disyorkan oleh pengilang sebanyak 3.21 × 10 ⁵ Pa, di tempat yang suhunya –5.00 ° C, tetapi sekarang anda ingin pergi ke pantai, dengan suhu 28 ° C. Dengan kenaikan suhu, jumlah tayar telah meningkat sebanyak 3%.

Gambar 2. Apabila suhu meningkat dari -5ºC hingga 28ºC, udara di tayar mengembang dan jika tidak ada kerugian. tekanan meningkat. Sumber: Pixabay.

Cari tekanan terakhir pada tayar dan nyatakan jika ia telah melebihi toleransi yang diberikan oleh pengeluar, yang tidak melebihi 10% daripada tekanan yang disyorkan.

Penyelesaian

Model gas yang ideal tersedia, oleh itu udara di tayar akan dianggap mengikuti persamaan yang diberikan. Ia juga akan menganggap bahawa tidak ada kebocoran udara pada tayar, jadi bilangan tahi lalat tetap:

Syarat bahawa jumlah akhir telah meningkat sebanyak 3% adalah:

Data yang diketahui diganti dan tekanan akhir dibersihkan. Penting: suhu mesti dinyatakan dalam Kelvin: T (K) = T (° C) + 273.15

Pengilang telah menunjukkan bahawa toleransi adalah 10%, oleh itu nilai maksimum tekanan adalah:

Anda boleh melakukan perjalanan ke pantai dengan selamat, sekurang-kurangnya sejauh tayar berkenaan, kerana anda belum melebihi had tekanan yang ditetapkan.

Latihan 2

Gas ideal mempunyai isipadu 30 liter pada suhu 27 ° C dan tekanannya 2 atm. Pegang tekanan tetap, cari isipadu ketika suhu melepasi -13 ºC.

Penyelesaian

Ia adalah proses tekanan berterusan (proses isobaric). Dalam kes sedemikian, persamaan keadaan gas yang ideal memudahkan untuk:

Hasil ini dikenali sebagai undang-undang Charles. Data yang ada adalah:

Menyelesaikan dan menggantikan:

Rujukan

1. Borgnakke. 2009. Asas Termodinamik. Edisi ^ke- 7 . Wiley and Sons. 13-47.
2. Cengel, Y. 2012. Termodinamik. Edisi 7 ^ma . Bukit McGraw. 2-6.
3. Konsep asas sistem termodinamik. Dipulihkan dari: textcientificos.com
4. Engel, T. 2007. Pengantar Fisikokimia: Termodinamik. Pearson. 1-9.
5. Nag, PK 2002. Termodinamik asas dan gunaan. Bukit Tata McGraw. 1-4.
6. Universiti Navojoa. Fizikokimia Asas. Dipulihkan dari: fqb-unav.forosactivos.net