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Thermodynamik.
Energieumwandlung

I Verbrennung thermische Energie.
Auswirkungen der Thermodynamik

Entropy

Thermodynamisches System

Thermodynamisches System

Ein thermodynamisches System ist ein Teil des physikalischen Universums mit einer bestimmten Beobachtungsgrenze.

Ein System enthält eine Substanz mit einer großen Anzahl von Molekülen oder Atomen und besteht aus einem geometrischen Volumen makroskopischer Dimensionen, das kontrollierten experimentellen Bedingungen ausgesetzt ist.

Ein thermodynamisches System kann interne Transformationen und den Austausch von Materie und / oder Energie mit der externen Umgebung erfahren.

Klassifizierung thermodynamischer Systeme

Innerhalb der Thermodynamik gibt es drei Haupttypen von thermodynamischen Systemen: offen, geschlossen und isoliert. Bestimmtes:

Offenes thermodynamisches System

Ein System ist offen, wenn es einen Fluss mit der äußeren Umgebung, sowohl Masse als auch Energie (durch Wärme und / oder Arbeit und / oder eine andere Energieform), durch seine Grenze ermöglicht. Ein Beispiel für ein offenes System ist ein mit Wasser gefüllter Teich, in dem Wasser in den Pool eintreten oder diesen verlassen und durch ein Windheiz- und -kühlsystem beheizt werden kann.

Geschlossenes thermodynamisches System

In der Thermodynamik wird es als geschlossen bezeichnet, wenn es einen Energiefluss mit der äußeren Umgebung durch ihre Grenze (durch Wärme und / oder Arbeit und / oder eine andere Energieform) ermöglicht, jedoch nicht durch Masse; Ein Beispiel ist ein Zylinder, der von einem Ventil geschlossen gehalten wird, das heizen oder kühlen kann, aber keine Masse verliert (während sich der Zylinder selbst wie ein offenes System verhält, wenn wir das Ventil öffnen).

Adiabatisches System

Ein System ist adiabatisch, wenn es keine Wärme mit der Umgebung austauscht.

Isoliertes thermodynamisches System

Ein System wird als isoliert bezeichnet, wenn es keinen Energie- oder Massenfluss in die äußere Umgebung zulässt.

Andere Unterteilungen

Jedes dieser Systeme kann aufgrund seiner internen Komplexität weiterhin beschrieben werden. Die Fähigkeit, sich in kleinere Subsysteme zu unterteilen. Auf diese Weise erhalten wir, dass ein offenes, adiabatisches offenes, geschlossenes, adiabatisches und isoliertes System sein kann:

  • Einfaches thermodynamisches System. Ein System ist einfach, wenn es durch eine Grenze begrenzt ist, innerhalb derer es keine anderen Wände gibt.

  • Thermodynamisches Verbundsystem. Ein System ist zusammengesetzt, wenn es durch eine Grenze begrenzt ist, innerhalb derer andere Wände existieren.

Mikroskopische und makroskopische Beschreibung des thermodynamischen Systems

Ein thermodynamisches System kann sowohl aus makroskopischer als auch aus mikroskopischer Sicht betrachtet werden.

Eigenschaften einer makroskopischen Beschreibung eines einfachen Systems:

  • Es werden keine Annahmen über die Struktur des Systems getroffen.

  • Die zur Beschreibung erforderlichen Mengen sind geringe Mengen: Druck, Volumen, Temperatur, Gasmenge.

  • Sie sind von unseren Sinnen wahrnehmbar.

  • Es gibt die ideale Gaszustandsgleichung, die besonders einfach und vielseitig ist. Darüber hinaus erleichtern andere Transformationsgleichungen die Berechnung der ausgetauschten Energien und Massen.

Merkmale einer Ökosystembeschreibung

Es ist eine kompliziertere Beschreibung, die auf makroskopischer Ebene behandelt wird. In der Regel sind die Transformationen jedoch nicht ideal, und der Ansatz erfordert eine umfassendere Grundvorbereitung.

  • Wir müssen zahlreiche Annahmen über die Struktur des Systems treffen, das aus verschiedenen Substanzen in verschiedenen Phasen besteht.

  • Die Mengen sind in großen Mengen.

  • Manchmal entgehen die Ursachen und Auswirkungen der Reibung der Wahrnehmung.

  • Sie bestehen aus vielen interagierenden Elementen, manchmal auf komplexe Weise.

  • Manchmal ist die mathematische Kompetenz im Umgang mit sehr großen Zahlen erforderlich.

Eigenschaften der molekularen Beschreibung eines Systems

  • Es ist eine kompliziertere Beschreibung, der Ansatz erfordert eine breitere Grundvorbereitung, er erfordert im Allgemeinen statistische thermodynamische Grundlagen.

  • Es müssen zahlreiche Annahmen über die Struktur des Systems getroffen werden, das aus verschiedenen Substanzen in verschiedenen Phasen besteht.

  • Die Mengen sind in großen Mengen.

  • Manchmal entgehen die Ursachen und Auswirkungen der Reibung der Wahrnehmung.

  • Sie bestehen aus vielen Elementen, die unabhängig voneinander interagieren.

  • Manchmal sind mathematische Kenntnisse erforderlich, um mit sehr großen Zahlen oder ziemlich abstrakten Konzepten umzugehen.

Manchmal wird dieses Niveau als mikroskopisch bezeichnet, aber die Atome und Moleküle sind unter dem Mikroskop nicht sichtbar. Darüber hinaus ist das Heisenbergsche Unsicherheitsprinzip auf molekularer Ebene fast immer wichtig.

Einfaches System

Um ein ideales Gas in der Flasche makroskopisch zu beschreiben, reicht es aus, den Druck, die Temperatur, die Gasmenge und das Volumen zu berücksichtigen.

Molekulares System

Um ein molekulares System zu beschreiben, müssen die Moleküle und Atome berücksichtigt werden. Darüber hinaus müssen alle Positionen, die sie als Druck-, Volumen- und Temperaturänderung einnehmen, mathematisch beschrieben werden.

Dabei muss das Unsicherheitsprinzip berücksichtigt werden, das das Verhalten des Systems und seiner Elementkomponenten verursacht.

Kontrollfläche

Die Steuerfläche ist die Einheit, materiell oder rein geometrisch, die das System von der äußeren Umgebung trennt.

Ein Beispiel für eine Materialwand ist die Oberfläche eines Zylinders (normalerweise Gusseisen). Ein Beispiel für eine geometrische Wand ist die Kontaktfläche zwischen Luft und Wasser in einem Glas (oder sogar zwischen Wasser und Glas).

Klassifizierung einer Steuerfläche

Die Wand eines thermodynamischen Systems kann anhand von drei wesentlichen Parametern klassifiziert werden: Permeabilität, Steifheit und Thermizität.

Abhängig von ihrer Undurchlässigkeit kann die Wand wasserdicht oder porös sein und einen Materialfluss auch selektiv ermöglichen.

Je nach Steifigkeit kann die Wand starr oder beweglich sein.

Abhängig von der Thermizität kann die Wand eine adiabatische Wand (erlaubt keinen Wärmeaustausch) oder eine diathermische Wand (erlaubt einen Wärmeaustausch) sein.

Klassifizierung nach ihren thermodynamischen Systemen. Die oben genannten thermodynamischen Systeme sind nur eine Kombination dieser Eigenschaften:

  • Offenes System. Poröse, bewegliche und diathermische Wand

  • Offenes adiabatisches System. Poröse, bewegliche und adiabatische Wand

  • System geschlossen. Wasserdichte, mobile und diathermische Wand

  • Geschlossenes adiabatisches System. Wasserdichte, mobile und adiabatische Wand

  • Isoliertes System. Wasserdichte, starre und adiabatische Wand.

    Autor:

    Erscheinungsdatum: 19. Dezember 2017
    Geändert am: 28. Mai 2020