Sistem termodinamic
Un sistem termodinamic simplu sau este o porțiune din spațiul material , separat de restul „ universului termodinamic (adică de„ mediul extern ) printr-o suprafață de control (sau graniță) reală sau imaginară, rigidă sau deformabilă; poate fi sediul transformărilor interne și al schimburilor de materie și / sau energie cu mediul extern (adică tot ceea ce este exterior sistemului care interacționează cu acesta).
Clasificare
Există trei tipuri principale de sisteme termodinamice: deschise , închise și izolate . [1] În special:
- se spune că un sistem este deschis dacă permite un flux cu mediul extern, atât de masă , cât și de energie (prin căldură și / sau muncă și / sau altă formă de energie), peste granița sa; [2] Un exemplu de sistem deschis este o piscină umplută cu apă, în care apa poate intra sau ieși din piscină și poate fi încălzită printr-un sistem de încălzire și răcită de vânt;
- se spune că un sistem este închis dacă permite un flux de energie cu mediul extern, prin limita sa (prin căldură și / sau muncă și / sau altă formă de energie), dar nu prin masă ; [2] un exemplu este un cilindru ținut închis de o supapă, care se poate încălzi sau răci, dar nu pierde masa (în timp ce același cilindru se comportă ca un sistem deschis dacă deschidem supapa);
- se spune că un sistem este adiabatic atunci când nu schimbă căldura cu mediul; [2]
- în plus, se spune că un sistem este izolat dacă nu permite un flux de energie sau masă cu mediul extern. [2]
Fiecare dintre aceste sisteme poate fi încă schematizat datorită complexității sale interne, adică posibilitatea de a fi împărțit în subsisteme minore; vom obține astfel că un sistem deschis, deschis adiabatic, închis, închis, adiabatic și izolat poate fi:
- simplu: un sistem este simplu dacă este delimitat de o graniță, în cadrul căreia nu există alți pereți;
- compozit: un sistem este compus dacă este delimitat de o graniță, în interiorul căreia există alți pereți.
Descriere microscopică și macroscopică
Un sistem termodinamic poate fi văzut din punct de vedere macroscopic și microscopic.
Caracteristicile unei descrieri macroscopice a unui sistem simplu
- Nu se fac ipoteze cu privire la structura sistemului.
- Cantitățile necesare pentru a-l descrie sunt mici în număr: presiune, volum, temperatură, cantitate de gaz.
- Ele sunt perceptibile pentru simțurile noastre.
- Există ecuația de stare a gazului ideal, care este deosebit de simplă și versatilă; în plus, alte ecuații de transformare permit calcularea cu ușurință a energiilor și a masei schimbate.
Caracteristicile descrierii unui ecosistem
Este o descriere mai complicată, abordată la nivel macroscopic; cu toate acestea, transformările nu sunt de obicei ideale și abordarea necesită o pregătire de bază mai largă.
- Trebuie făcute numeroase ipoteze cu privire la structura sistemului, care este compus din mai multe substanțe în etape diferite.
- Cantitățile sunt numeroase.
- Uneori cauzele și efectele fricțiunii scapă de percepție.
- Acestea sunt compuse din multe elemente care interacționează, uneori într-un mod complex.
- Uneori este necesară competența matematică pentru a face față unor numere foarte mari.
Caracteristicile descrierii moleculare a unui sistem
Este o descriere mai complicată, abordarea necesită o pregătire de bază mai largă, de obicei necesită elementele de bază ale termodinamicii statistice.
- Trebuie făcute numeroase ipoteze cu privire la structura sistemului, care constă din mai multe substanțe în etape diferite.
- Cantitățile sunt numeroase.
- Uneori cauzele și efectele fricțiunii scapă de percepție.
- Acestea sunt compuse din multe elemente care interacționează independent.
- Uneori este necesară competența matematică de a trata cu numere foarte mari sau cu concepte destul de abstracte.
Uneori acest nivel este numit „microscopic”, dar atomii și moleculele nu sunt vizibile la microscop; în plus, la nivel molecular principiul incertitudinii Heisenberg este aproape întotdeauna important.
Sistem simplu
Pentru a descrie macroscopic un gaz ideal în butelie, este suficient să se ia în considerare presiunea, temperatura, cantitatea de gaz și volumul.
Sistemul molecular
Pentru a descrie un sistem molecular este necesar să se ia în considerare moleculele și atomii și să se descrie matematic toate pozițiile pe care le asumă ca presiune, volum și temperatură, luând în considerare principiul incertitudinii, care face ca comportamentul sistemului și al acestuia să fie elementar. componente.
Suprafața de control
Suprafața de control (mai frecvent numită graniță sau perete ) este acea entitate, materială sau pur geometrică, care separă sistemul de mediul extern; un exemplu de perete material este suprafața unui cilindru (de obicei din fontă ), în timp ce un exemplu de perete geometric este suprafața de contact dintre aer și apă într-un pahar (sau chiar între apă și pahar).
Clasificarea suprafeței de control
Peretele unui sistem termodinamic poate fi clasificat în funcție de trei parametri esențiali: permeabilitate , rigiditate și proprietăți termice .
Permeabilitate
Peretele poate fi:
- impermeabil : nu permite un flux de materie (masă);
- poros : permite un flux de materie, chiar selectiv (așa cum sugerează și numele).
Rigiditate
Peretele poate fi:
- rigid : nu permite variații de volum, deci de lucru;
- mobil : permite variații de volum, deci la locul de muncă.
Căldură
Peretele poate fi:
- adiabatic : nu permite schimbul de căldură;
- diatermic : permite schimbul de căldură.
Sisteme termodinamice
Sistemele termodinamice enumerate mai sus nu sunt altceva decât o combinație a acestor proprietăți:
- sistem deschis : perete poros, mobil și diatermic
- sistem adiabatic deschis: perete poros, mobil și adiabatic
- sistem închis : perete impermeabil, mobil și diatermic
- sistem adiabatic închis: perete impermeabil, mobil și adiabatic
- sistem izolat : peretele impermeabil, rigid și adiabatic.
Notă
- ^ Silvestroni , p. 113 .
- ^ a b c d Morales-Rodriguez , cap. 1.
Bibliografie
- ( EN ) Ricardo Morales-Rodriguez, Thermodynamics - Fundamentals and its Application in Science , InTech, 2012, ISBN 978-953-51-0779-8 .
- Paolo Silvestroni, Fundamentals of chemistry , ed. A X-a, CEA, 1996, ISBN 88-408-0998-8 .
Elemente conexe
| Controlul autorității | Tezaur BNCF 65168 |
|---|
