熱力学とは、システムとその周囲の間の熱エネルギーの移動、および熱の機械エネルギーへの変換とその逆の変換を指します。
熱力学系
熱力学系は、特定の圧力 (P)、体積 (V)、および温度 (T) の下の領域内に含まれる分子または原子の集まりであり、その系の基本的な特性です。
「周囲」という用語は、熱または質量を交換するこのシステムの外側にあるすべてのものを指します。システムとその周囲との相互接続性に基づいて、熱力学システムは次の 3 つのグループに分類されます。
(a) 開放系:開放系とは、熱と質量の両方が系の環境または周囲と交換される系です。
(b) 閉じたシステム:システムは、その環境または周囲と熱交換のみを行い、質量を交換しない場合、閉じていると見なされます。
(c) 隔離されたシステム:システムは、環境または周囲との熱または質量の交換がない場合、隔離されていると見なされます。
熱力学の法則
熱力学の法則は次のとおりです:-
熱力学のゼロ法則:
2 つのシステム (B と C) が 3 つ目のシステム (A) と熱平衡状態にある場合、B と C は互いに熱平衡状態にあると言われます。
熱力学の第一法則:
熱力学の第一法則は、エネルギー保存則としてよく知られています。システムが熱 dQ を吸収すると、その熱はシステムの内部エネルギー dU と仕事 dW に変換されると主張します。次に、dQ =dU + dW
ただし、dW =PdV
次に、dQ =dU + PdV
これは、熱力学の数学方程式の第一法則です。
システムが熱を得ると、システムによって行われる仕事とその内部エネルギーの増加の両方が正と見なされます。
一方、システムが熱を失うと、システムで行われた仕事とその内部エネルギーの減少は負と見なされます。
熱力学第二法則:
この法則は、熱が移動する方向を決定します。
Classius によれば、外部ソースの助けなしに、温度の低い物体から比較的高い物体に熱を伝達できる機械を設計することは不可能です。
ケルビン・プランクの声明によると、周期的なプロセスで動作し、熱源から熱を受け取り、それを仕事に変換し、熱を捨てずにシンクする機械は開発できません。簡単に言えば、100% のタスクを実行できるマシンはありません。
状態方程式 (理想気体の場合)
状態方程式は、熱力学系の P、V、T の関係です。 PV =nRT は、n モルの理想気体の状態方程式です。
パラメータ P、V、および T は、熱力学的変数とも呼ばれます。
気体の仕事
ガスの体積 (V) と圧力 (P)、およびピストンの面積 (A) を使用して、ガスによってピストンに加えられる力を計算します。同じものを計算する式は F =PA です。
ガスの膨張中にピストンが適度な距離 dx を移動できるようにします。
dW =Fdx =PAdx は、わずかな変位 dx に対して行われる仕事です。
A dx =dV なので、ガス体積の増加は dV です。
⇒ dW =P dV
または W =∫ dW =∫ PdV
プロセス中に行われた作業は、PV 曲線に含まれる面積で表されます。
断熱膨張の意味
システムに熱が供給されない場合、またはシステムから熱が受け取られない場合、それは断熱的であると言われます。熱を加えなくてもこの状態で温度が変化します。このタイプのプロセスでは、モル熱容量は
Cadiabatic =△Q / n△T =ゼロ
ガスの内部エネルギーは、このプロセスでの仕事の結果として減少します。断熱壁のある容器に封入された気体が膨張すると、系の内部エネルギーが減少し、温度が下がります。気体が断熱圧縮されると温度が上昇します。
断熱プロセスの方程式は次のとおりです。
PV𝜸 =定数 [ポアジーの法則]
T𝜸 P1 – 𝜸 =定数
T V𝜸 – 1 =定数
断熱膨張における P-V 曲線の傾き :
PV𝜸 =定数なので
dp / dV =-𝜸(P / V)
断熱膨張における P-T 曲線の傾き :
T𝜸 P1 – 𝜸 =定数なので
dV / dT =– 𝜸P / (1-𝜸)T =𝜸P / (𝜸-1)T
断熱プロセスで行われる作業:
△W =– △ U =nCv (Ti – Tf)
=Pi Vi – Pi Vi / ( 𝜸-1) =nR(Ti – Tf ) / 𝜸-1
Ti> Tf の場合、システムによって行われる仕事は (+ve) です (したがって、拡張が行われます)。
Ti
断熱膨張は、温度が一定のときに圧力が減少するか、体積が増加する熱力学的プロセスです。熱平衡は、手順全体で維持されます。この記事では、熱力学系、いくつかのタイプの熱力学プロセス、および等温膨張プロセスの詳細について説明します。等温膨張プロセス中に実行される作業も含まれます。結論
