Termodinámica (del θερμη griego, therme del, " del significado de ; " del calor ; y δυναμις, dynamis del, " del significado de ; " de la energía ;) es una rama de la física que estudia los efectos de cambios en la temperatura, la presión, y el volumen en los sistemas físicos en la escala macroscópica analizando el movimiento colectivo de sus partículas usar las estadísticas . Áspero, el calor significa el " energía en transit" y la dinámica se relaciona con el " movement" ; así, esencialmente la termodinámica estudia el movimiento de la energía y cómo la energía inculca el movimiento. Históricamente, la termodinámica se convirtió fuera de necesidad de aumentar la eficacia de los motores de vapor tempranos El punto de partida para la mayoría de las consideraciones termodinámicas es las leyes de la termodinámica, que postulan que la energía se puede intercambiar entre los sistemas físicos como calor o el trabajo . También postulan la existencia de una cantidad nombrada la entropía, que se puede definir para cualquier sistema. En termodinámica, las interacciones entre los conjuntos grandes de objetos se estudian y se categorizan. La central a esto es los conceptos del sistema y de los alrededores . Un sistema se compone de las partículas, cuyos movimientos medios definen sus características, que alternadamente se relacionan con una otra con ecuaciones estado . Las características se pueden combinar para expresar la energía interna y los potenciales termodinámicos, que son útiles para determinar las condiciones para el equilibrio y los procesos espontáneos
Con estas herramientas, la termodinámica describe cómo los sistemas responden a los cambios en sus alrededores. Esto se puede aplicar a una gran variedad de asuntos en la ciencia y la ingeniería, tal como motores, transiciones de fase, reacciones químicas, fenómenos de transporte, e incluso calabozos . Los resultados de la termodinámica son esenciales para otros campos de la física y para la química, la ingeniería química, la ingeniería aeroespacial, la ingeniería industrial, la biología de célula, la ingeniería biomédica, y la ciencia material nombrar algunos.
Historia
considera también: Historia la termodinámica
Una breve historia de la termodinámica comienza con el Otto von Guericke que en 1650 construyó y diseñó la primera bomba de vacío del mundo y creó el primer vacío del mundo (conocido como los hemisferios de Magdeburg). Lo condujeron para hacer un vacío para refutar suposición desde hace mucho tiempo de s de Aristotle la 'que la “naturaleza aborrece un vacío”. Pronto después de eso, el físico y el irlandeses Roberto Boyle del químico habían aprendido de los diseños de Guericke y en 1656, en la coordinación con el inglés Roberto Hooke del científico, construyeron una bomba de aire. Usar esta bomba, Boyle y Hooke notaron la correlación del presión-temperatura-volumen. A tiempo, la ley de Boyle fue formulada, que indica que la presión y el volumen son inverso proporcionales. Entonces, en 1679, basado en estos conceptos, un asociado nombrado Denis Papin de Boyle construyó un digestor del hueso, que era un recipiente de tapa cerrada con una tapa firmemente que cabía que confinó el vapor hasta que una alta presión fuera generada.
Diseños posteriores ejecutaron una válvula del lanzamiento del vapor que guardó la máquina del estallido. Mirando la válvula moverse rítmicamente hacia arriba y hacia abajo, Papin concibió de la idea de un pistón y de un motor del cilindro. Él, sin embargo, no siguió a través con su diseño. Sin embargo, en 1697, basado en los diseños de Papin, el Thomas Savery del ingeniero construyó el primer motor. Aunque estos motores tempranos fueran crudos e ineficaces, atrajeron la atención de los científicos principales del tiempo. Un tal científico era Sadi Carnot, el " padre del thermodynamics", que en 1824 publicó reflexiones en la energía motiva del fuego, de un discurso en calor, de la energía, y de la eficacia del motor. El papel contorneó las relaciones enérgias básicas entre el motor de Carnot, el ciclo de Carnot, y la energía motiva . Esto marca el comienzo de la termodinámica como ciencia moderna. El primer libro de textos termodinámico fue escrito en el 1859 por el Guillermo Rankine, entrenado original como un físico y profesor de la ingeniería civil e industrial en la universidad de Glasgow .
Termodinámica clásica
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clásico de la termodinámica La termodinámica clásica es la variación temprana de los 1800s de la original de la termodinámica referida a los estados termodinámicos, y características como energía, trabajo, y calor, y a las leyes de la termodinámica, careciendo todo una interpretación atómica. En forma precursor, la termodinámica clásica deriva químico postulado 1662 de s de Boyle Roberto ' que el P de la presión de una cantidad dada de gas varía inverso como su V del volumen en la temperatura constante; es decir en forma de la ecuación: picovoltio = k, un constante. De aquí, una apariencia de una termo-ciencia comenzó a convertirse con la construcción de los primeros motores de vapor atmosféricos acertados en Inglaterra por el Thomas Savery en 1697 y el Thomas Newcomen en el 1712 . Las primeras y segundas leyes de la termodinámica emergieron simultáneamente en los 1850s, sobre todo fuera de los trabajos Guillermo Rankine, Rudolf Clausius, y Guillermo Thomson (señor Kelvin).
Termodinámica estadística
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estadístico de la termodinámica
Con el desarrollo de teorías atómicas y moleculares en los a fines del 1800 y los 1900s tempranos, la termodinámica fue dada una interpretación molecular. Este campo se llama la termodinámica estadística, que se puede pensar en como puente entre las características macroscópicas y microscópicas de sistemas. Esencialmente, la termodinámica estadística es un acercamiento a la termodinámica situada sobre los mecánicos estadísticos, que se centra en la derivación de resultados macroscópicos a partir de los primera principios. Puede ser opuesta a su termodinámica fenomenológica histórico del precursor, que da descripciones científicas de fenómenos con la evitación de detalles microscópicos. El acercamiento estadístico es derivar todas las características macroscópicas (temperatura, volumen, presión, energía, entropía, etc.) de las características de mover partículas constitutivas y las interacciones entre ellas (fenómenos incluyendo del quántum). Fue encontrado para ser muy acertado y es así de uso general.
Termodinámica química
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químico de la termodinámica La termodinámica química es el estudio de la interrelación del calor con las reacciones químicas o con un cambio físico del estado dentro de los límites de las leyes de la termodinámica . Durante los años 1873-76 el matemático americano Josiah Willard Gibbs del físico publicó una serie de tres papeles, el ser más famoso en el equilibrio de las sustancias heterogéneas, en las cuales él demostró cómo los procesos termodinámicos podrían ser analizados gráficamente, estudiando la energía, la entropía, el volumen, la temperatura y la presión del sistema termodinámico, de tal manera para determinar si ocurriría un proceso espontáneo. Durante el siglo a principios de siglo 20, los químicos tales como Gilbert N. Lewis, Merle Randall, y E. Guggenheim comenzaron a aplicar los métodos matemáticos de Gibbs al análisis de procesos químicos.
Sistemas termodinámicos
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l sistema termodinámico Un concepto importante en termodinámica es el “sistema”. Todo en el universo excepto el sistema se conoce como alrededores. Un sistema es la región del universo bajo estudio. Un sistema es separado del resto del universo por un límite que puedan ser imaginario o no, pero que de la convención delimita un volumen finito. Los intercambios posibles de trabajan, calor, o la materia entre el sistema y los alrededores ocurre a través de este límite. Los límites son de cuatro tipos: fijo, movible, verdadero, e imaginario.
Básicamente, el “límite” es simplemente una línea de puntos imaginaria dibujada alrededor del volumen algo en el cual va a ser un cambio en la energía interna de eso algo. Cualquier cosa que pasa a través del límite que efectúa un cambio en la energía interna de eso algo necesita ser explicada en la ecuación del balance energético. Que “algo” puede ser la región volumétrica que rodea una energía de resonancia del solo átomo, tal como Planck máximo definida en 1900; puede ser un cuerpo del vapor o del aire en un motor de vapor, tal como Sadi Carnot definido en 1824; puede ser el cuerpo de un ciclón tropical, tal como Kerry Manuel teorizado en 1986 en el campo de la termodinámica atmosférica ; podría también ser apenas un núclido (es decir un sistema de los Quarks como algunos están teorizando actualmente en termodinámica de Quantum.
Para un motor, un límite fijo significa que el pistón es bloqueado en su posición; como tal, un proceso constante del volumen ocurre. En que el mismo motor, un límite movible permite que el pistón se mueva adentro y hacia fuera. Para los sistemas cerrados, los límites son verdaderos mientras que para los límites de sistema abierto ser a menudo imaginario. Hay cinco clases dominantes de sistemas: sistemas aislados del
- la materia y la energía pueden no cruzar el límite.
Con el tiempo en un sistema aislado, las diferencias internas en el sistema tienden a incluso hacia fuera y las presiones y las temperaturas tienden a igualar, al igual que las diferencias de la densidad. Un sistema en el cual toda la igualación procesa ha ido prácticamente a la terminación, se considera para estar en un estado del equilibrio termodinámico .
En equilibrio termodinámico, las características de un sistema son, por definición, constantes a tiempo. Los sistemas en equilibrio son mucho más simples y más fáciles entender que los sistemas que no están en equilibrio. A menudo, al analizar un proceso termodinámico, puede ser asumido que cada estado intermedio en el proceso está en el equilibrio. Esto también simplificará considerablemente la situación. Los procesos termodinámicos que se convierten en cuanto a permiten tan lentamente que cada paso intermedio sea un estado de equilibrio reputan los procesos reversibles .
Parámetros termodinámicos
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conyugal de las variables (termodinámica)
El concepto central de termodinámica es el de la energía, la capacidad de hacer el trabajo. Según lo estipulado por la primera ley, la energía total del sistema y sus alrededores se conserva. Puede ser transferido en un cuerpo por la calefacción, la compresión, o la adición de materia, y ser extraído de un cuerpo por el enfriamiento, la extensión, o la extracción de la materia. Para la comparación, a los mecánicos, la transferencia de energía da lugar de una fuerza que cause la dislocación, el producto de los dos que son la cantidad de energía transferida. De una manera similar, los sistemas termodinámicos se pueden pensar en como energía de transferencia como resultado de una fuerza generalizada que causa una dislocación generalizada, con el producto de los dos que son la cantidad de energía transferida. Estos pares termodinámicos de la fuerza-dislocación se conocen como variables de la conjugación. Las variables termodinámicas conyugal mas comunes son pressure-volume (los parámetros mecánicos), temperatura-entropía (parámetros termales), y número químico de la potencial-partícula (parámetros materiales).
Instrumentos termodinámicos
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termodinámico de los instrumentos
Hay dos tipos de instrumentos termodinámicos, del metro y del depósito . Un metro termodinámico es cualquier dispositivo que mida cualquier parámetro de un sistema termodinámico . En algunos casos, el parámetro termodinámico se define realmente en términos de instrumento de medida idealizado. Por ejemplo, la ley del zeroth indica que si dos cuerpos están en equilibrio termal con un tercer cuerpo, están también en equilibrio termal con uno a. Este principio, según lo observado por el maxwell de James en 1872, afirma que es posible medir temperatura. Un termómetro idealizado es una muestra de un gas ideal en la presión constante. Del PV=nRT de la ley de gas ideal, el volumen de tal muestra se puede utilizar como un indicador de la temperatura; de este modo define temperatura. Aunque la presión se defina mecánicamente, un dispositivo de presión-medición, llamó un barómetro se puede también construir de una muestra de un gas ideal llevado a cabo en una temperatura constante. Un calorímetro es un dispositivo que se utiliza para medir y para definir la energía interna de un sistema.
Un depósito termodinámico es un sistema que es tan grande que no altera apreciable sus parámetros del estado cuando está traído en contacto con el sistema de prueba. Se utiliza para imponer un valor particular de un parámetro del estado ante el sistema. Por ejemplo, un depósito de la presión es un sistema en una presión particular, que impone esa presión ante cualquier sistema de prueba que está conectada mecánicamente con. La atmósfera de tierra es de uso frecuente como depósito de la presión.
Es importante que estos dos tipos de instrumentos son distintos. Un metro no realiza su tarea exactamente si se comporta como un depósito de la variable de estado que está intentando medir. Si, por ejemplo, un termómetro, fuera actuar pues un depósito de la temperatura él alteraría la temperatura del sistema que es medido, y de la lectura ser incorrecto. Los metros ideales no tienen ninguÌn efecto en las variables de estado del sistema que están midiendo.
Estados termodinámicos
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l estado termodinámico
Cuando un sistema está en el equilibrio bajo sistema de condiciones dado, reputa en un estado definido del . El estado del sistema se puede describir por un número de variables intensivas y las variables extensas las características del sistema se pueden describir por una ecuación estado que especifique la relación entre estas variables. El estado se puede pensar en como la descripción cuantitativa instantánea de un sistema con un número del sistema de variables llevadas a cabo constantes
Procesos termodinámicos
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los procesos termodinámicos
Un proceso termodinámico se puede definir como la evolución enérgia de un sistema termodinámico que procede de un estado inicial a un estado final. Típicamente, cada proceso termodinámico es distinguido de otros procesos, en carácter enérgio, según qué parámetros, como temperatura, se llevan a cabo la presión, o el volumen, los etc. Además, es útil agrupar estos procesos en los pares, en los cuales cada constante llevado a cabo variable es un miembro de un par de la conjugación . Los siete procesos termodinámicos mas comunes se demuestran abajo:
un proceso isobárico ocurre en la presión constante.
Las leyes de la termodinámica
considera también: Leyes la termodinámica
En termodinámica, hay cuatro leyes de la validez muy general, y pues tal ellos no depende de los detalles de las interacciones o de los sistemas que son estudiados. Por lo tanto, pueden ser aplicados a los sistemas sobre cuál no sabe nada con excepción del equilibrio de la transferencia de la energía y de la materia. Los ejemplos de esto incluyen predicción de s de Einstein 'de la emisión espontánea alrededor de la vuelta del vigésimo siglo y de la investigación actual en la termodinámica de los calabozos
Las cuatro leyes son:
ley de Zeroth la termodinámica, indicando que el equilibrio termodinámico es una relación de equivalencia . del
- Primera ley de la termodinámica, sobre la conservación del del
de la energía
- Ley segundo de la termodinámica, sobre del
de la entropía
- Tercera ley de la termodinámica, sobre del
de la temperatura del cero absoluto
considera también: Bose-Einstein temperatura negativa condensada de de y.
Potenciales termodinámicos
considera también:
termodinámico de los potenciales
Como se puede derivar de la ecuación del balance energético en un sistema termodinámico allí existen las cantidades enérgias llamadas los potenciales termodinámicos, siendo la medida cuantitativa de la energía almacenada en el sistema. Los cinco potenciales más bien conocidos son:
Cotizaciones y humor
Atribuido al Arnold Sommerfeld : La termodinámica es un tema divertido. La primera vez que usted pasa con ella, usted no la entiende en absoluto. La segunda vez que usted pasa con ella, usted piensa que usted la entiende, a excepción de uno o dos pequeños puntos. La tercera vez que usted pasa con ella, usted sabe que usted no la entiende, sino que para ese punto usted está así que utilizado a él, no le incomoda más.
Ver también
Ramas relacionadas
Termodinámica atmosférica
Termodinámica biológica
Termodinámica del calabozo
Termodinámica química
Termodinámica clásica
Termodinámica del equilibrio
Termodinámica del desequilibrio
Termodinámica fenomenológica
Psychrometrics
Termodinámica de Quantum
Termodinámica estadística
Thermoeconomics
Listas y cronologías
Historia de la termodinámicaLista de publicaciones importantes en termodinámica
Lista de libros de textos notables en los mecánicos estadísticos
Cronología de la termodinámica, de los mecánicos estadísticos, y de los procesos al azar
Influencia de Parmenides en el desarrollo de la termodinámica
Otro
Calorimetría
Ecuación de Debye-Hückel
Dinámica flúida
Transformación de Legendre
Relaciones recíprocas de Onsager
Equilibrio de fase
Filosofía de la física termal y estadística
Mecánicos estadísticos
Tabla de las ecuaciones termodinámicas
Análisis termal
Ecuaciones termodinámicas
Características termodinámicas
Bases de datos termodinámicas para las sustancias puras
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