ترمودینامیک

تعداد بازدید: 2617
چهارشنبه 03 دي 1393

ترمودینامیک

در طول یک روز عادی، همه افراد با سیستم های مختلف مهندسی مانند خودرو، یخچال، مایکروویو، و ماشین های ظرفشویی و ... سرو کار دارند. هر سیستم مهندسی شامل اجزای مختلفی است و عملکرد کل سیستم به تاثیر متقابل تک تک اجزای سیستم بستگی دارد. در بسیاری از سیستم ها اجزای سیستم با تغییر در فرم های مختلف انرژی روی دیگر اجزا اثر می گذارند. ترمودینامیک یک علم مهندسی است که به قوانین حاکم بر انتقال انرژی از فرمی به فرم دیگر می پردازد. در این بخش به توضیح قوانین اول و دوم ترمودینامیک می پردازیم.

قانون اول ترمودینامیک و انرژی

در آنالیز مهندسی ترمودینامیک ابتدا باید یک سیستم کنترل تعریف کنیم. پس از تعریف سیستم ترمودینامیکی همه چیز اطراف آن، محیط سیستم نامیده می شود. علاقه مهندسین و محققین به یافتن رابطه بین سیستم و محیط اطراف آن است. در تجزیه و تحلیل ترمودینامیکی، سیستم می تواند در برگیرنده قسمت مشخصی از ماده (جرم کنترلCM) یا حجم بخشی از ماده (حجم کنترلCV) باشد. در سیستم جرم کنترل، در حالیکه سیستم در یک فرایند ترمودینامیکی است انرژی می تواند از مرزهای سیستم عبور کند. سیستم جرم کنترلی به عنوان سیستم بسته هم نامیده می شود زیرا که هیچ جرمی نمی تواند از محدوده خود خارج شود. اما در سیستم های حجم کنترل (سیستم باز) هم انرژی و هم ماده می تواند از مرزهای سیستم عبور کند. شکل و اندازه CV باید ثابت باشد.

انرژی سیستم شامل سه بخش است: انرژی جنبشی، انرژی پتانسیل، انرژی درونی. انرژی جنبشی و پتانسیل ماکروسکوپی و قابل مشاهده اند. انرژی درونی به آشفتگی در مولکول ها ارتباط دارد و به طور مستقیم قابل مشاهده نیست. در تجزیه تحلیل ترمودینامیکی انرژی کل سیستم را با به دست آوردن انرژی تک تک اجزا محاسبه می کنند.

قانون اول ترمودینامیک

در آنالیز مهندسی ترمودینامیک ابتدا باید یک سیستم کنترل تعریف کنیم. پس از تعریف سیستم همه اجزای اطراف آن، محیط سیستم نامیده می شود. علاقه مهندسین و محققین به یافتن رابطه بین سیستم و محیط اطراف آن است. در تجزیه و تحلیل ترمودینامیکی، سیستم می تواند در برگیرنده قسمت مشخصی از ماده (جرم کنترلCM) یا حجم بخشی از ماده (حجم کنترلCV) باشد. در سیستم جرم کنترل، در حالیکه سیستم در یک فرایند ترمودینامیکی است انرژی می تواند از مرزهای سیستم عبور کند. سیستم جرم کنترلی به عنوان سیستم بسته هم نامیده می شود زیرا که هیچ جرمی نمی تواند از محدوده خود خارج شود. اما در سیستم های حجم کنترل (سیستم باز) هم انرژی و هم ماده می تواند از مرزهای سیستم عبور کند. شکل و اندازه CV باید ثابت باشد.

انرژی سیستم شامل سه بخش است: انرژی جنبشی، انرژی پتانسیل، انرژی درونی. انرژی جنبشی و پتانسیل ماکروسکوپی و قابل مشاهده اند. انرژی درونی به آشفتگی در مولکول ها ارتباط دارد و به طور مستقیم قابل مشاهده نیست. در تجزیه تحلیل ترمودینامیکی انرژی کل سیستم را با به دست آوردن انرژی تک تک اجزا محاسبه می کنند.

قانون اول ترمودینامیک چنین می گوید انرژی به وجود نمی آید و از بین نمی رود ولی می تواند از نوعی به نوع دیگر تبدیل شود. انرژی در یک سیستم بسته از رابطه زیر به دست می آید.

قانون اول ترمودینامیک

 

 

E انرژی کل سیستم، e انرژی درونی بر واحد جرم،g شتاب جاذبه و دو ترم دیگر انرژی جنبشی و پتانسیل می باشند. هنگامی که سیستم دچار تغییر می شود، تغییر انرژی در سیستم با فرم کلی بالانس انرژی بیان می شود.

انرژی تولید شده در سیستم(واکنش)+ انرژی از دست رفته از سیستم- انرژی وارد شده به سیستم =انرژی ذخیره شده در سیستم

قانون دوم ترمودینامیک

در بسیاری از واکنش ها در پیرامون ما واکنش در جهت رفت صرفا انجام پذیر است. و معکوس آن شدنی نیست. برای مثال اکسیژن و هیدروژن به سرعت آب تولید می کنند در حالیکه عکس واکنش (الکترولیز) بدون دادن انرژی انجام پذیر نیست. مثال دیگر افزودن شیر داغ به قهوه است. به محض اینکه به قهوه شیر اضافه می شود عمل عکس انجام ناپذیر است. این رویدادها با قانون دوم ترمودینامیک توجیه پذیرند. بر خلاف قانون اول، قانون دوم به مسیر فرایند می پردازد. برای درک بهتر قانون دوم ترمودینامیک، خاصیت  ترمودینامیکی جدیدی به نام انتروپی را معرفی می کنیم. انتروپی سیستم به اندازه گیری بی نظمی در مولکول ها و اختلال در سطح میکروسکوپی می پردازد. آشفتگی بیشتر در سیستم، انرژی مفید برای انجام کار را کمتر می کند. این قانون می گوید در یک سیستم ایزوله، آنتروپی می تواند تولید شود اما از بین نمی رود.

∆S=Sfinal-Sinitial ≥0 برای سیستم ایزوله

در واقع هر چه دمای سیستم بالاتر باشد میزان جنبش و حرکت ذره های ماده بیشتر خواهد بود و میزان بی نظمی بیشتر است .

قانون دوم ترمودینامیک

فرایندهای ترمودینامیکی را می توان به عنوان فرایندهای برگشت پذیر و برگشت ناپذیر طبقه بندی کرد. در فرایندهای برگشت پذیر در طی فرایند انتروپی سیستم بدون تغییر باقی می ماند. افزایش انتروپی در یک سیستم بسته در فرایند برگشت پذیر از رابطه زیر قابل محاسبه است.

dS=dQ/T

dS در آن افزایش انتروپی، dQ انرژی جذب شده و T دمای مطلق است.

خواص ترمودینامیکی برخی مواد

برای 1 مول در 298 کلوین و فشار 1 اتمسفر

ماده

آنتالپی
ΔHf (kJ)

گیبس
ΔGf kJ)

آنتروپی
(J/ K(

گرمای ویژه
CP(J/K)

حجم
V(cm3)

Al (s)

0

0

28.33

24.35

9.99

Al2SiO5 (کیانیت)

-2594.29

-2443.88

83.81

121.71

44.09

Al2SiO5 (آندالوزیت)

-2590.27

-2442.66

93.22

122.72

51.53

Al2SiO5 (سیلیمانیت)

-2587.76

-2440.99

96.11

124.52

49.90

Ar (g)

0

0

154.84

20.79

...

C (گرافیت)

0

0

5.74

8.53

5.30

C (الماس)

1.895

2.900

2.38

6.11

3.42

CH4 (g)

-74.81

-50.72

186.26

35.31

...

C2H6 (g)

-84.68

-32.82

229.60

52.63

...

C3H8 (g)

-103.85

-23.49

269.91

73.5

...

C2H5OH (l)

-277.69

-174.78

160.7

111.46

58.4

C6H12O6 (گلوکز)

-1268

-910

212

115

...

CO (g)

-110.53

-137.17

197.67

29.14

...

CO2 (g)

-393.51

-394.36

213.74

37.11

...

H2CO3 (aq)

-699.65

-623.08

187.4

...

...

HCO3- (aq)

-691.99

-586.77

91.2

...

...

Ca2+ (aq)

-542.83

-553.58

-53.1

...

...

CaCO3 (کلسیت)

-1206.9

-1128.8

92.9

81.88

36.93

CaCO3 (آراگونیت)

-1207.1

-1127.8

88.7

81.25

34.15

CaCl2 (s)

-795.8

-748.1

104.6

72.59

51.6

Cl2 (g)

0

0

223.07

33.91

...

Cl- (aq)

-167.16

-131.23

56.5

-136.4

17.3

Cu (s)

0

0

33.150

24.44

7.12

Fe (s)

0

0

27.28

25.10

7.11

H2 (g)

0

0

130.68

28.82

...

H (g)

217.97

203.25

114.71

20.78

...

H+ (aq)

0

0

0

0

...

H2O (l)

-285.83

-237.13

69.91

75.29

18.068

H2O (g)

-241.82

-228.57

188.83

33.58

...

He (g)

0

0

126.15

20.79

...

Hg (l)

0

0

76.02

27.98

14.81

N2 (g)

0

0

191.61

29.12

...

NH3 (g)

-46.11

-16.45

192.45

35.06

...

Na+(aq)

-240.12

-261.91

59.0

46.4

-1.2

NaCl (s)

-411.15

-384.14

72.13

50.50

27.01

NaAlSi3O8 (آلبیت)

-3935.1

-3711.5

207.40

205.10

100.07

NaAlSi2O6 (سنگ قولنج)

-3030.9

-2852.1

133.5

160.0

60.40

Ne (g)

0

0

146.33

20.79

...

O2 (g)

0

0

205.14

29.38

...

O2 (aq)

-11.7

16.4

110.9

...

...

OH- (aq)

-229.99

-157.24

-10.75

-148.5

...

Pb (s)

0

0

64.81

26.44

18.3

PbO2(s)

-277.4

-217.33

68.6

64.64

...

PbSO4(s)

-920.0

-813.0

148.5

103.2

...

SO42- (aq)

-909.27

-744.53

20.1

-293

...

HSO4- (aq)

-887.34

-755.91

131.8

-84

...

SiO2 (a quartz)

-910.94

-856.64

41.84

44.43

22.69

H4SiO4(aq)

-1449.36

-1307.67

215.13

468.98

...

 

منابع و پیوندها

گردآوری  شده توسط دپارتمان پژوهشی شرکت پاکمن

Handbook of Heating, Ventilation, and Air Conditioning

برداشت از مطالب سایت با ذکر منبع بلا مانع است.

علم ترمودینامیک
ترمو
thermodynamic
ترمودینامیک چیست؟
برچسب ها: انرژیترمودینامیکقانونقوانین
بیست و یکمین نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان اصفهان 97
بیست و یکمین نمایشگاه تخصصی ساختمان اصفهان 97   عنوا ...بیشتر
نمایشگاه صنعت ساختمان البرز 97
نمایشگاه تخصصی صنعت ساختمان البرز 97   عنوان: نمایشگ ...بیشتر
اولین نمایشگاه تخصصی سونا و جکوزی قزوین 97
نمایشگاه تخصصی سونا، استخر و جکوزی قزوین 97   عنوان: ...بیشتر
هفدهمین نمایشگاه ساختمان، سیستم های گرمایشی و سرمایشی اراک 97
هفدهمین نمایشگاه تخصصی ساختمان، سیستم های گرمایشی و سرمایشی اراک 97   ...بیشتر
هجدهمین نمایشگاه ساختمان و تاسیسات سرمایشی گرمایشی همدان 97
نمایشگاه تخصصی صنعت ساختمان،آسانسور، درب و پنجره، تجهیزات و تاسیسات سرمایشی و گر ...بیشتر
دوازدهمین نمایشگاه بین المللی ایران پلاست تهران 97
نمایشگاه بین المللی ایران پلاست تهران 97   عنوان: نم ...بیشتر
نمایشگاه ساختمان، درب، پنجره، یراق آلات، لوازم، تجهیزات و ماشین آلات ساختمان سنندج 97
نمایشگاه ساختمان، درب، پنجره، یراق آلات، لوازم، تجهیزات و ماشین آلات ساختمان سنن ...بیشتر
اولین نمایشگاه بین المللی صنعت گاز شهر آفتاب تهران 97
اولین نمایشگاه بین المللی صنعت گاز تهران 97   عنوان: ...بیشتر
شانزدهمین نمایشگاه تخصصی صنعت ساختمان کرمان 97
شانزدهمین نمایشگاه تخصصی صنعت ساختمان کرمان 97   عنو ...بیشتر
نمایشگاه تخصصی لوازم و تجهیزات خانه و آشپزخانه، حمام، سونا و استخر اصفهان 97
نمایشگاه تخصصی لوازم و تجهیزات خانه و آشپزخانه، حمام، سونا و استخر اصفهان 97 ...بیشتر
هفدهمین نمایشگاه بین المللی تجهیزات پزشکی، دندان پزشکی، دارویی و آزمایشگاهی تبریز 97
هفدهمین نمایشگاه بین المللی تجهیزات پزشکی، دندان پزشکی، دارویی و آزمایشگاهی تبری ...بیشتر
راندمان بویلر
شاخص های مؤثر در محاسبات راندمان بویلر، یکی از اساسی ترین ضوابط مؤثر در ارتقا سط ...بیشتر
کتاب موتورخانه بخار شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: موتورخانه بخار/ ق ...بیشتر
مقررات ملّي ساختمان ايران مبحث نوزدهم
دانلود فایل PDF مقررات ملی ساختمان ایران-مبحث نوزدهم-صرفه جویی در مصرف انرژی ...بیشتر
راه اندازی سختی گیر نیمه اتوماتیک رزینی
دستور العمل راه اندازی سختی گیر های نیمه اتوماتیک رزینی سختی گیرهای رزینی از ...بیشتر
جانمایی بویلر در موتورخانه
براي عملکرد مناسب بويلرها و تجهيزات وابسته بايد فضاي کافي را در موتورخانه به آن ...بیشتر
کتاب انتخاب بویلر شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: انتخاب بویلر/ قرب ...بیشتر
مراحل آموزش و نگهداری دیگ های بخار سیار
مقدمه از دیرباز استفاده از تجهیزات مولد بخار در صنایع مختلف از جمله صنایع نفت ...بیشتر
معرفی کتابچه دیگ آبگرم شرکت پاکمن
راه اندازی آموزش و بهره برداری از   Hot Water Boilers   ...بیشتر
معرفی کتابچه موتور خانه استخر
نام مقاله: کتابچه موتور خانه استخر نام نویسنده: دپارتمان پژوهش شرکت پاکمن ...بیشتر
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار براي استفاده بهينه از بویلر ...بیشتر