EIN thermodynamisches System oder Arbeitssubstanz ist ein Teil des Universums, der ausgewählt wird, um von der Thermodynamik untersucht zu werden. Dies ist eine sehr weit gefasste Definition, da ein thermodynamisches System wie eine Galaxie riesig sein kann oder eine kleine Menge Gas in einer Flasche enthalten sein kann..
Alles, was das thermodynamische System umgibt, einschließlich Masse und Raum, ist seine Umgebung oder Umgebung. Es geht nicht um den Rest des Universums, sondern nur um die Umgebung, die das System beeinflussen kann.
In einem thermodynamischen System ist der Austausch von Masse oder Energie zwischen dem System und der Umgebung möglich, abhängig von der Art des Systems, in der sich die Beobachter befinden, die es untersuchen.
Bei der Analyse eines thermodynamischen Systems ist es wichtig, die Grenzen (Grenzen oder Wände), die fest oder mobil sein können. Ein Glas- oder Metallgefäß hat feste Wände, aber ein Kolben oder Kolben hat bewegliche Wände..
Als solche kann die Grenze eine reale oder imaginäre Oberfläche sein, aber im Idealfall hat sie eine Dicke von Null, eine gewisse Steifheit und andere Eigenschaften, die mathematisch beschrieben werden..
Imaginäre Grenzen sind notwendig, wenn Systeme untersucht werden, die selbst Teil viel größerer Systeme sind, wie z. B. ein Stern in einem Nebel..
Wärmeaustausch zwischen dem System und seiner Umgebung, falls vorhanden, sind die Hauptziele der Thermodynamik. Aus diesem Grund erhalten die Wände, die den Austausch ermöglichen, einen besonderen Namen: adiabatisch, während diejenigen, die dies nicht zulassen und das System isolieren, diathermisch sind..
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Es gibt verschiedene Arten von thermodynamischen Systemen, die nach ihrer Fähigkeit, Materie und Energie mit der Umwelt auszutauschen, auf folgende Weise klassifiziert werden:
Der Austausch von Materie und Energie nach außen ist erlaubt, deshalb werden sie auch genannt Lautstärke regeln.
Viele Systeme in der Technik werden auf diese Weise modelliert, beispielsweise Warmwasserbereiter und Autokühler..
Sie werden auch als Kontrollmasse bezeichnet und zeichnen sich dadurch aus, dass kein Materieaustausch mit der Umwelt stattfindet. Daher ist seine Masse fest, jedoch kann Energie seine Grenze überschreiten, entweder als Wärme oder als Arbeit. Auf diese Weise kann das Volumen des Systems variieren.
Dies sind geschlossene Systeme, in denen der Austausch von Wärme, Arbeit oder jeglicher Form von Energie mit der Umwelt verhindert wird.
Die beschriebenen Systeme wurden nach ihrer Fähigkeit zum Austausch mit der Umwelt klassifiziert, dies ist jedoch nicht das einzige Kriterium. Thermodynamische Systeme können auch homogen und heterogen sein.
Reine Substanzen sind gute Beispiele für homogene Systeme wie im Salzstreuer gelagertes Speisesalz. Im Gegenteil, eine Kombination aus flüssigem Wasser und Wasserdampf ist ein heterogenes System, da es sich um zwei verschiedene Zustände handelt, deren Eigenschaften sich unterscheiden.
Wie wir gesehen haben, reichen thermodynamische Systeme von den einfachsten bis zu den komplexesten. Wenn Sie sie jedoch studieren, ist es zweckmäßig, sie sorgfältig zu definieren und alle Möglichkeiten zu finden, um die Analyse zu vereinfachen..
Sehen wir uns einige Beispiele für reale Systeme an, die uns im Alltag begleiten:
Dies ist ein sehr einfaches und anschauliches thermodynamisches System und auch eine gute Möglichkeit, Lebensmittel zuzubereiten. Der Inhalt des Behälters, sei es Eier, eine Mischung für einen Flan oder eine andere Zubereitung, ist das thermodynamische System, während das Wasserbad die Umgebung oder Umgebung darstellt.
Beim Erhitzen des Wassers fließt die Wärme durch die Begrenzung des Behälters in das System.
Wie schnell das Essen kocht, hängt von mehreren Faktoren ab, von denen einer das Material der Pfanne ist: ob es sich um Keramik oder Metall handelt. Wir wissen, dass Metall ein guter Wärmeleiter ist, daher erwarten wir, dass sich der Inhalt schnell erwärmt, wenn ein Stahl- oder Aluminiumtopf verwendet wird..
Anstatt das System zu heizen, möchten Sie möglicherweise eine überhitzte Flasche Babymilch abkühlen, beispielsweise erwärmen. In diesem Fall überträgt das System Wärme an das Wasserbad.
Die Küche ist ein ausgezeichneter Ort, um thermodynamische Prozesse zu finden. Eine Sauce, ein Huhn oder ein anderes Lebensmittel, das in einer offenen Pfanne gekocht wird, ist ein Beispiel für ein offenes System, da dort alle Arten des Austauschs mit der Umwelt erlaubt sind: Hinzufügen von Gewürzen, anderen Zutaten und Ändern der hinzugefügten Wärme.
Im Verbrennungsmotor von Autos, Motorrädern, Flugzeugen und Booten befindet sich ein Gemisch aus Gas (Luft) und Kraftstoff, das im Vergaser aufbereitet und zum Zylinder geleitet wird, wo es durch die Wirkung der Verbrennung zu einem Gemisch verschiedener Gase wird.
Da die Zusammensetzung des Gemisches während des Arbeitszyklus variiert, handelt es sich um ein komplexes und heterogenes thermodynamisches System.
Kaffee oder Tee bleiben in einer Thermoskanne länger heiß. Es ist ein Behälter mit isolierenden Wänden, um zu verhindern, dass unser System - das heiße Getränk - seine Wärme an die Umgebung abgibt und diese abkühlt.
Tatsächlich handelt es sich bei einer Thermoskanne um zwei Behälter, zwischen denen ein Teilvakuum erzeugt wird, um das Vorhandensein eines Mediums wie Luft zu vermeiden, das dazu beiträgt, die Wärme von innen nach außen zu leiten..
Natürlich funktioniert die Thermoskanne auch umgekehrt, sie dient dazu, Getränke länger kalt zu halten.
Die Eier, die wir als Lebensmittel konsumieren, sind hervorragende Beispiele für geschlossene thermodynamische Systeme, ermöglichen jedoch den Energieaustausch mit der Umwelt. Die Eierschale ermöglicht es der Hitze der Henne, den Embryo zu schlüpfen, sowie den Durchgang von Gasen.
Die Zelle ist die Grundeinheit der Lebewesen und ein wunderbar effizientes thermodynamisches System. Im weiteren Sinne kann jedes Lebewesen auch als komplexes thermodynamisches System betrachtet werden.
Die Zellmembran, die innere Strukturen wie den Kern und die Mitochondrien auskleidet, ist die Grenze zwischen dem System und der Umgebung. Dies ermöglicht den Energieaustausch, die Ankunft von Nährstoffen von außen und den Austritt von Abfällen.
Konserven sind typische Beispiele für geschlossene thermodynamische Systeme.
Das Wasser in der Heizung ist ein offenes thermodynamisches System, da Wärme in das Wasser gelangen muss, normalerweise durch einen elektrischen Widerstand, der erwärmt wird, wenn die Heizung elektrisch ist, oder durch Sonnenenergie oder die Flamme, die von einem Feuerzeug kommt Gas.
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