Termodynaamiset instrumentit - Thermodynamic instruments

Termodynamiikka
Klassinen Carnot-lämpömoottori
Oksat klassinen tilastollinen kemiallinen Kvanttinen termodynamiikka Tasapaino  / epätasapaino
lait nollannen Ensimmäinen Toinen kolmas
järjestelmät Osavaltio Valtion yhtälö Ihanteellinen kaasu Oikea kaasu Aineen tila tasapaino Säädä äänenvoimakkuutta Instruments Prosessit isobaariset isokoorinen isoterminen adiabaattinen isentrooppisia Isenthalpic Kvasistaattinen polytrooppinen Ilmainen laajennus palautuvuudesta korjautumattomuus Endoreversibility Cycles Lämpömoottorit Lämpöpumput Lämpöhyötysuhde
Järjestelmän ominaisuudet Huomautus: Konjugaatti muuttujat in kursiivilla Ominaisuuskaaviot Intensiiviset ja laajat ominaisuudet Prosessitoiminnot Työ lämpö Valtion toiminnot Lämpötila  / entropia  ( johdanto ) Paine  / tilavuus Kemiallinen potentiaali  / hiukkasten lukumäärä Höyryn laatu Alennetut ominaisuudet
Materiaalin ominaisuudet Kiinteistökannat Ominaislämpökapasiteetti  ${\ displaystyle c =}$ ${\ displaystyle T}$ ${\ displaystyle \ daļinen S}$ ${\ displaystyle N}$ ${\ näyttötila \ osittainen T}$ kokoonpuristuvuus  ${\ displaystyle \ beta = -}$ ${\ displaystyle 1}$ ${\ displaystyle \ osittainen V}$ ${\ displaystyle V}$ ${\ displaystyle \ osittainen p}$ Lämpölaajeneminen  ${\ displaystyle \ alpha =}$ ${\ displaystyle 1}$ ${\ displaystyle \ osittainen V}$ ${\ displaystyle V}$ ${\ näyttötila \ osittainen T}$
yhtälöt Carnotin lause Clausius-lause Perussuhde Ihanteellinen kaasulaki Maxwellin suhteet Onsagerin vastavuoroiset suhteet Bridgmanin yhtälöt Termodynaamisten yhtälöiden taulukko
potentiaalit Ilmaista energiaa Vapaa entropia
Historia Kulttuuri Historia yleinen lämpö Haje Kaasulait "Jatkuva liike" -koneet Filosofia Entropia ja aika Entropia ja elämä Brownian räikkä Maxwellin demoni Lämpimän kuoleman paradoksi Loschmidtin paradoksi Synergetics teoriat Kaloriteoria Lämmön teoria Vis viva ("elävä voima") Lämpöä vastaa mekaanisesti Liikennevoima Keskeiset julkaisut " Lämpöä koskeva kokeellinen tutkimus " " Heterogeenisten aineiden tasapainosta " " Heijastuksia tulen motiiviin " aikatauluja Termodynamiikka Lämpömoottorit Taide koulutus Maxwellin termodynaaminen pinta Entropia energian hajonna
tutkijat Bernoulli Boltzmannin Carnot Clapeyronin Clausiuksen Carathéodory DUHEM Gibbs von Helmholtz Joule Maxwell von Mayer Onsager Rankinen Smeaton Stahl Thompson Thomson van der Waals Waterston
Kirja Kategoria Termodynaaminen portaali
v T e

Termodynaaminen instrumentti on mikä tahansa laite, joka helpottaa määrän mittaamiseen systeemi . Jotta termodynaaminen parametri voidaan todella määritellä, on määritettävä tekniikka sen mittaamiseksi. Esimerkiksi lämpötilan lopullinen määritelmä on "mitä lämpömittari lukee". Seuraava kysymys - mikä on lämpömittari?

Termodynaamisia instrumentteja on kahta tyyppiä, mittari ja säiliö. Termodynaaminen mittari on mikä tahansa laite, joka mittaa kaikki termodynaamisen järjestelmän parametrit. Termodynaaminen säiliö on järjestelmä, joka on niin suuri, että se ei muuta tuntuvasti sen tilaparametreja, kun se saatetaan kosketukseen testijärjestelmän kanssa.

Yleiskatsaus

Kaksi yleistä täydentävää työkalua ovat mittari ja säiliö. On tärkeää, että nämä kaksi instrumenttityyppiä ovat erilliset. Mittari ei suorita tehtäväänsä tarkasti, jos se käyttäytyy kuin tilamuuttujan säiliö, jota yritetään mitata. Jos esimerkiksi lämpömittari toimisi lämpötilasäiliönä, se muuttaisi mitattavan järjestelmän lämpötilaa ja lukema olisi väärä. Ihanteellisilla mittarilla ei ole vaikutusta mitattavan järjestelmän tilamuuttujiin.

Termodynaamiset mittarit

Mittari on systeemi, joka näyttää joitakin osa sen termodynaamisen tilan tarkkailija. Sen kosketuksen luonteen kanssa mitattavaan järjestelmään voidaan hallita, ja se on riittävän pieni, ettei se vaikuta tuntuvasti mitattavan järjestelmän tilaan. Alla kuvattu teoreettinen lämpömittari on juuri sellainen mittari.

Joissakin tapauksissa termodynaaminen parametri on itse asiassa määritelty idealisoidun mittauslaitteen avulla. Esimerkiksi termodynamiikan nollalaissa todetaan, että jos kaksi ruumista on termisessä tasapainossa kolmannen kappaleen kanssa, ne ovat myös lämpötasapainossa toistensa kanssa. Tämä periaate, kuten James Maxwell huomautti vuonna 1872, väittää, että lämpötilaa on mahdollista mitata. Idealisoitu lämpömittari on näyte ihanteellisesta kaasusta vakiopaineessa. Alkaen ideaalikaasulaki , tilavuus tällainen näyte voidaan käyttää indikaattorina lämpötilassa; tällä tavalla se määrittelee lämpötilan. Vaikka paine määritetään mekaanisesti, myös paineenmittauslaite, nimeltään barometri, voidaan rakentaa näytteestä ihanteellisesta kaasusta, jota pidetään vakiona lämpötilassa. Kalorimetri on laite, jota käytetään mittaamaan ja määritellä sisäinen energia järjestelmän.

Jotkut yleiset termodynaamiset mittarit ovat:

• Lämpömittari - laite, joka mittaa lämpötilaa yllä kuvatulla tavalla
• Barometri - paineen mittauslaite. Ihanteellinen kaasubarometri voidaan rakentaa kytkemällä ihanteellinen kaasu mekaanisesti mitattavaan järjestelmään, samalla kun se eristetään lämpöä. Tilavuus jälkeen mitataan paine, ideaalikaasulaki yhtälön P = NkT / V  .
• Kalorimetri - laite, joka mittaa järjestelmään lisätyn lämpöenergian. Yksinkertainen kalorimetri on yksinkertaisesti lämpömittari, joka on kytketty lämpöeristettyyn järjestelmään.

Termodynaamiset säiliöt

Säiliö on systeemi, joka ohjaa tilan järjestelmä, yleensä "asettamalla" itse, kun järjestelmää ohjataan. Tämä tarkoittaa, että sen kosketuksen luonne järjestelmään voidaan hallita. Säiliö on niin suuri, että hallittavan järjestelmän tila ei vaikuta sen termodynaamiseen tilaan tuntuvasti. Termi " ilmakehän paine " alla olevassa teoreettisen lämpömittarin kuvauksessa on olennaisesti "paineastia", joka asettaa ilmakehän paineen lämpömittarille.

Joitakin yleisiä säiliöitä ovat:

• Painesäiliö - ylivoimaisesti yleisin painesäiliö on maan ilmakehä.
• Lämpötila-astia - Suuri määrä vettä kolminkertaisessa pisteessään muodostaa tehokkaan lämpötilasäiliön.

Teoria

Oletetaan, että ymmärrämme mekaniikan riittävän hyvin ymmärtää ja mitata tilavuus, pinta-ala, massa ja voima. Nämä voidaan yhdistää ymmärtämään paineen käsite, joka on voima pinta-alayksikköä kohti ja tiheys, joka on massa tilavuusyksikköä kohti. On kokeellisesti määritetty, että riittävän alhaisilla paineilla ja tiheyksillä kaikki kaasut käyttäytyvät ihanteellisina kaasuina . Ihanteellisen kaasun käyttäytyminen annetaan ihanteellisen kaasun lailla:

${\ displaystyle PV = NkT \,}$

missä P   on paine, V   on tilavuus, N   on hiukkasten lukumäärä (kokonaismassa jaettuna massalla partikkeliä kohti), k   on Boltzmannin vakio ja T   on lämpötila. Itse asiassa tämä yhtälö on enemmän kuin fenomenologinen yhtälö, se antaa toiminnallisen tai kokeellisen lämpötilan määritelmän. Lämpömittari on työkalu, joka mittaa lämpötilaa - primitiivinen lämpömittari olisi yksinkertaisesti pieni säiliö ihanteellisesta kaasusta, jonka annettiin laajentua ilmanpainetta vastaan. Jos saamme sen lämpökontaktiin järjestelmän kanssa, jonka lämpötilaa haluamme mitata, odota, kunnes se tasapainottuu, ja mittaa sitten lämpömittarin tilavuus, pystymme laskemaan kyseisen järjestelmän lämpötilan T = PV / Nk avulla . Toivottavasti lämpömittari on riittävän pieni, että se ei muuta merkittävästi mitattavan järjestelmän lämpötilaa, ja myös siihen, että lämpömittarin laajeneminen ei vaikuta ilmakehän paineeseen.

Ihanteellinen kaasulämpömittari voidaan määritellä tarkemmin sanomalla, että se on järjestelmä, joka sisältää ihanteellisen kaasun, joka on termisesti kytketty mitattavaan järjestelmään, samalla kun se on dynaamisesti ja materiaalisesti eristetty siitä. Se on samanaikaisesti kytketty ulkoiseen painesäiliöön, josta se on materiaalisesti ja lämpöeristetty. Muut lämpömittarit (esim. Elohopealämpömittarit, jotka osoittavat elohopean määrän tarkkailijalle) voidaan nyt rakentaa ja kalibroida ihanteellista kaasulämpömittaria vasten.

Viitteet