12 Παραδείγματα Θερμοδυναμικών Συστημάτων

Το θερμοδυναμικά συστήματα αποτελούν αντικείμενο μελέτης της θερμοδυναμικής. Ένα σύστημα μπορεί να οριστεί ως μια ορισμένη ποσότητα ύλης ή μια περιοχή στο χώρο όπου η προσοχή επικεντρώνεται στην ανάλυση ενός προβλήματος.

Επιπλέον, ο όρος θερμοδυναμική επινοήθηκε από τη βρετανική μαθηματικός και φυσικός Thomson, που σε συνδυασμό με τις ελληνικές ρίζες για την παραγωγή θερμότητας (Θέρμη: Θέρμο) και τη δύναμη ή την αντοχή (δύναμις: Δύναμις).

Θερμοδυναμική είναι ο κλάδος της φυσικής που είναι υπεύθυνη για τη μελέτη της θερμότητας και τις δυνατότητές της για την παραγωγή ενέργειας και σχετικές ιδιότητες και οι δύο πλευρές.

Είδη θερμοδυναμικών συστημάτων

Πρώτον, μερικές από τις βασικές έννοιες που σχετίζονται με τα θερμοδυναμικά συστήματα είναι το περιβάλλον, το όριο του συστήματος και το σύμπαν.

Το περιβάλλον είναι πάντα εξωτερικό του συστήματος και το όριό του είναι η διεπαφή που το διαχωρίζει από το περιβάλλον. Τέλος, το σύμπαν είναι ο συνδυασμός αυτών των δύο στοιχείων.

Ένα θερμοδυναμικό σύστημα μπορεί να είναι οποιαδήποτε ποσότητα της ουσίας, δείγματος ή μηχανή που διαχωρίζεται από το περιβάλλον του με ένα τρόπο καλά καθορισμένο.

Αυτός ο διαχωρισμός μπορεί να είναι πραγματικός ή φανταστικός. Θα πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη ότι ούτε η γεωμετρία ούτε τη χημική σύνθεση ή φυσική κατάσταση των θερμοδυναμικά συστήματα είναι προκαθορισμένη, έτσι ώστε κανένα από αυτά μπορεί να αλλάξει.

Από την άλλη πλευρά, υπάρχουν τρεις τύποι θερμοδυναμικών συστημάτων: κλειστά, ανοιχτά και απομονωμένα. Σε κλειστά συστήματα, η ενέργεια μπορεί να μεταφερθεί μεταξύ του συστήματος και του περιβάλλοντος, αλλά όχι της μάζας.

Αν και οι δύο μπορούν να μεταφερθούν, τότε είναι ένα ανοιχτό σύστημα. Από την άλλη πλευρά, εάν δεν υπάρχει αλληλεπίδραση με το περιβάλλον, το σύστημα είναι απομονωμένο.

15 συγκεκριμένα παραδείγματα θερμοδυναμικών συστημάτων

Κλειστά συστήματα

Σε περιπτώσεις κλειστών θερμοδυναμικών συστημάτων, η ύλη δεν διασχίζει το όριο του συστήματος. Ωστόσο, η ενέργεια μπορεί να διασχίσει, αλλά με τη μορφή θερμότητας ή εργασίας. Τα παρακάτω συστήματα απεικονίζουν αυτόν τον τύπο:

-Σφραγισμένα πνευματικά έμβολα

-Ψυκτικό μέσο σε σύστημα ψύξης

-Θερμιδόμετρο

-Ο πλανήτης Γη (αποκτά ενέργεια από τον Ήλιο, αλλά ουσιαστικά δεν ανταλλάσσει την ύλη με το εξωτερικό).

-Κουζινέτα (εάν το σύστημα είναι τελείως κλειστό, υπάρχει κίνδυνος έκρηξης)

Ανοιχτά συστήματα

Σε τέτοια συστήματα, λαμβάνει χώρα μια ανταλλαγή ενέργειας με το περιβάλλον, και χωρίς εμπόδιο για τα όρια του συστήματος εγκάρσια μάζα ή υλικό.

Επιπλέον, η εργασία γίνεται μέσα ή από το σύστημα. Μερικά παραδείγματα ανοικτών θερμοδυναμικών συστημάτων περιλαμβάνουν:

-Βράζοντας νερό σε μια κατσαρόλα χωρίς καπάκι (θερμότητα και ατμός, που είναι ύλη, διαφυγή στον αέρα)

-Τουρμπίνες

-Συμπιεστές

-Εναλλάκτες θερμότητας

-Το ανθρώπινο σώμα

Απομονωμένα συστήματα

Ένα απομονωμένο σύστημα είναι εκείνο όπου η εργασία δεν γίνεται μέσα ή από το σύστημα. Ούτε αφαιρείται θερμότητα ούτε προστίθεται από το σύστημα.

Επίσης, η ύλη δεν ρέει μέσα ή έξω από αυτό. Πολύ λίγα θερμοδυναμικά συστήματα είναι εντελώς απομονωμένα. Παραδείγματα αυτού είναι:

-Άκαμπτος κλειστός χάλυβας που περιέχει υγρό άζωτο

-Ένα κοστούμι νεοπρενίου

-Κύλινδροι οξυγόνου

-Ολόκληρο το φυσικό σύμπαν

-Ένα θερμός (για να κρατήσει τα πράγματα κρύα ή ζεστά)

Αναφορές

1. Wu, C. (2002). Ευφυής Μηχανική Θερμοδυναμική και Ανάλυση Κύκλου. Νέα Υόρκη: Εκδότες Nova.
2. Nag, Ρ. Κ. (2013). Μηχανική θερμοδυναμική. Νέο Δελχί: Εκπαίδευση McGraw-Hill.
3. Han, F. (2017). Ένα σύγχρονο μάθημα στην Πανεπιστημιακή Φυσική: Οπτική, Θερμική Φυσική, Σύγχρονη Φυσική. Σιγκαπούρη: Παγκόσμια Επιστημονική Εκδοτική Εταιρεία.
4. Freiesleben Hansen, Ρ. (2009). Η Επιστήμη των Δομικών Υλικών. Λονδίνο: Springer Science & Business Media.
5. Rauf, Β. S. (2012). Η θερμοδυναμική έγινε απλή για τους μηχανικούς ενέργειας. Γεωργία: Ο Τύπος Fermont.