المتغيرات الديناميكية الحرارية: ماهيتها وتمارين حلها - جسدي - بدني - 2026

و المتغيرات الحرارية أو متغيرات حالة هي تلك الكميات العيانية التي تميز نظام الحرارية، والضغط أكثر دراية، وحجم ودرجة الحرارة والكتلة. إنها مفيدة جدًا في وصف الأنظمة ذات المدخلات والمخرجات المتعددة. هناك العديد من متغيرات الحالة التي لا تقل أهمية ، بصرف النظر عن تلك المذكورة بالفعل. الاختيار يعتمد على النظام وتعقيده.

يمكن اعتبار الطائرة المليئة بالركاب أو السيارة كنظم وتشمل متغيراتها ، بالإضافة إلى الكتلة ودرجة الحرارة ، كمية الوقود والموقع الجغرافي والسرعة والتسارع وغيرها الكثير بالطبع.

الشكل 1. يمكن دراسة الطائرة كنظام ديناميكي حراري. المصدر: Pixabay.

إذا كان من الممكن تحديد العديد من المتغيرات ، فمتى يعتبر المتغير حالة؟ تلك التي لا تهم العملية التي يكتسب فيها المتغير قيمته على هذا النحو.

من ناحية أخرى ، عندما تؤثر طبيعة التحويل على القيمة النهائية للمتغير ، فإنه لم يعد يعتبر متغير حالة. ومن الأمثلة المهمة على ذلك العمل والحرارة.

معرفة المتغيرات دولة تسمح لوصف جسديا النظام في وقت معين ر _س. وبفضل الخبرة، يتم إنشاء النماذج الرياضية التي تصف تطور مع مرور الوقت وتوقع الدولة في الوقت t> ر _س.

متغيرات مكثفة وواسعة ومحددة

في حالة الغاز ، وهو نظام تتم دراسته بشكل متكرر في الديناميكا الحرارية ، تعد الكتلة واحدة من الحالات الرئيسية والمتغيرات الأساسية لأي نظام. يتعلق بكمية المادة التي يحتوي عليها. في النظام الدولي يقاس بالكيلو جرام.

الكتلة مهمة جدًا في النظام ويتم تصنيف الخصائص الديناميكية الحرارية وفقًا لما إذا كانت تعتمد عليها أم لا:

- مكثف: وهي مستقلة عن الكتلة والحجم ، على سبيل المثال درجة الحرارة والضغط واللزوجة وبشكل عام تلك التي تميز نظامًا عن الآخر.

- مكثف: تلك التي تختلف باختلاف حجم النظام وكتلته ، مثل الوزن والطول والحجم.

محدد: تلك التي تم الحصول عليها عن طريق التعبير عن خصائص واسعة لكل وحدة كتلة. من بينها الثقل النوعي والحجم المحدد.

للتمييز بين أنواع المتغيرات ، تخيل تقسيم النظام إلى جزئين متساويين: إذا ظل الحجم كما هو في كل منهما ، فهو متغير مكثف. إذا لم يكن كذلك ، يتم خفض قيمته إلى النصف.

- الضغط والحجم ودرجة الحرارة

الصوت

إنها المساحة التي يشغلها النظام. وحدة الحجم في النظام الدولي هي المتر المكعب: م ³. تشمل الوحدات الأخرى المستخدمة على نطاق واسع البوصات المكعبة والأقدام المكعبة واللتر.

الضغط

إنه مقدار عددي يُعطى بالحاصل بين المكون العمودي للقوة المطبقة على الجسم ومساحته. وحدة الضغط في النظام الدولي هي نيوتن / م ² أو باسكال (Pa).

بالإضافة إلى باسكال ، فإن للضغط عدة وحدات يتم استخدامها حسب المنطقة. وتشمل هذه psi والغلاف الجوي (atm) والقضبان ومليمترات من الزئبق (mmHg)

درجة الحرارة

في تفسيرها على المستوى المجهري ، درجة الحرارة هي مقياس الطاقة الحركية للجزيئات التي يتكون منها الغاز قيد الدراسة. وعلى المستوى العياني يشير إلى اتجاه تدفق الحرارة عند ملامسة نظامين.

وحدة درجة الحرارة في النظام الدولي هي كلفن (K) وهناك أيضًا مقياس سلزيوس (C) وفهرنهايت (F).

تمارين محلولة

في هذا القسم ، سيتم استخدام المعادلات للحصول على قيم المتغيرات عندما يكون النظام في موقف معين. يتعلق الأمر بمعادلات الحالة.

معادلة الحالة هي نموذج رياضي يستخدم متغيرات الحالة ونمذجة سلوك النظام. تم اقتراح الغاز المثالي كهدف للدراسة ، والذي يتكون من مجموعة من الجزيئات القادرة على التحرك بحرية ولكن دون التفاعل مع بعضها البعض.

معادلة الحالة المقترحة للغازات المثالية هي:

حيث P هو الضغط ، V هو الحجم ، N هو عدد الجزيئات ، و k هو ثابت بولتزمان.

-التمرين 1

لقد قمت بنفخ إطارات سيارتك إلى الضغط الموصى به من الشركة المصنعة وهو 3.21 × 10 ⁵ باسكال ، في مكان كانت درجة الحرارة فيه -5.00 درجة مئوية ، ولكنك الآن تريد الذهاب إلى الشاطئ حيث تبلغ درجة الحرارة 28 درجة مئوية. مع زيادة درجة الحرارة ، زاد حجم الإطار بنسبة 3٪.

الشكل 2. عندما ترتفع درجة الحرارة من -5 درجة مئوية إلى 28 درجة مئوية ، يتمدد الهواء في الإطارات وإذا لم تكن هناك خسائر. يزيد الضغط. المصدر: Pixabay.

ابحث عن الضغط النهائي في الإطار ووضح ما إذا كان قد تجاوز التحمل الذي قدمته الشركة المصنعة ، والذي لا يتجاوز 10٪ من الضغط الموصى به.

المحلول

يتوفر نموذج الغاز المثالي ، وبالتالي يُفترض أن الهواء في الإطارات يتبع المعادلة المعطاة. ستفترض أيضًا عدم وجود تسرب للهواء في الإطارات ، وبالتالي فإن عدد المولات ثابت:

يتم تضمين شرط زيادة الحجم النهائي بنسبة 3٪:

يتم استبدال البيانات المعروفة ويتم مسح الضغط النهائي. هام: يجب التعبير عن درجة الحرارة بالكلفن: T (K) = T (° C) + 273.15

أشارت الشركة المصنعة إلى أن التسامح هو 10٪ ، وبالتالي فإن القيمة القصوى للضغط هي:

يمكنك السفر بأمان إلى الشاطئ ، على الأقل فيما يتعلق بالإطارات ، لأنك لم تتجاوز حد الضغط المحدد.

تمرين 2

يبلغ حجم الغاز المثالي 30 لترًا عند درجة حرارة 27 درجة مئوية وضغطه 2 ضغط جوي. حافظ على ثبات الضغط ، أوجد حجمه عندما تتجاوز درجة الحرارة -13 درجة مئوية.

المحلول

إنها عملية ضغط مستمر (عملية متساوية الضغط). في مثل هذه الحالة ، يتم تبسيط معادلة الغاز المثالية للحالة إلى:

يُعرف هذا بقانون تشارلز. البيانات المتاحة هي:

حل واستبدال:

المراجع

1. بورغناك. 2009. أساسيات الديناميكا الحرارية. 7 ^تشرين الطبعة. وايلي وأولاده. 13-47.
2. Cengel، Y.2012. الديناميكا الحرارية. 7 ^أماه الطبعة. ماكجرو هيل. 2-6.
3. المفاهيم الأساسية للأنظمة الديناميكية الحرارية. تم الاسترجاع من: textcientificos.com.
4. إنجل ، ت. 2007. مقدمة في الكيمياء الفيزيائية: الديناميكا الحرارية. بيرسون. 1-9.
5. Nag، PK 2002. الديناميكا الحرارية الأساسية والتطبيقية. تاتا ماكجرو هيل. 1-4.
6. جامعة نافوجوا. الكيمياء الفيزيائية الأساسية. تم الاسترجاع من: fqb-unav.forosactivos.net