Variables thermodynamiques qui sont et des exercices résolus

Le Variables thermodynamiques o Les variables d'état sont les amplitudes macroscopiques qui caractérisent un système thermodynamique, le plus familier étant la pression, le volume, la température et la masse. Ils sont très utiles dans la description des systèmes avec plusieurs entrées et sorties. Il existe de nombreuses variables d'État tout aussi importantes, à l'exception des. La sélection faite dépend du système et de sa complexité.

Un avion plein de passagers ou d'une voiture peut être considéré comme des systèmes et ses variables incluent en plus de la masse et de la température, la quantité de carburant, la position géographique, la vitesse, l'accélération et bien sûr beaucoup plus.

Figure 1. Un avion peut être étudié comme un système thermodynamique. Source: Pixabay.

Si tant de variables peuvent être définies, lorsqu'une variable est considérée comme un état? Sont considérés comme tels dans lesquels le processus par lequel la variable acquiert sa valeur n'a pas d'importance.

D'un autre côté, lorsque la nature de la transformation influence la valeur finale de la variable, elle n'est plus considérée comme une variable d'état. Des exemples importants de ceux-ci sont le travail et la chaleur.

La connaissance des variables d'état permet au système d'être décrit physiquement à un moment donné_soit. Grâce à l'expérience, des modèles mathématiques sont créés qui décrivent leur évolution au fil du temps et prédisent l'état dans un temps t> t_soit.

[TOC]

Variables intensives, étendues et spécifiques

Dans le cas d'un gaz, qui est un système fréquemment étudié dans la thermodynamique, le masse C'est l'une des variables d'état principales et fondamentales de chaque système. Est lié à la quantité de matière qu'il contient. Dans le système international, il est mesuré en kg.

La masse est très importante dans un système et les propriétés thermodynamiques sont classées car elles dépendent ou non:

Peut vous servir: Voltmètre: caractéristiques, fonctionnement, à quoi sert, types

-Intensif: sont indépendants de la masse et de la taille, par exemple la température, la pression, la viscosité et en général celles qui distinguent un système d'un autre.

-Extensif: ceux qui varient avec la taille du système et sa masse, comme le poids, la longueur et le volume.

-Spécifique: ceux obtenus en exprimant des propriétés étendues par masse unitaire. Parmi eux se trouvent la gravité spécifique et le volume spécifique.

Pour distinguer les types de variables, imaginez diviser le système en deux parties égales: si la magnitude reste la même dans chacune, c'est une variable intensive. Si ce n'est pas le cas, sa valeur diminue de moitié.

-Pression, volume et température

Volume

C'est l'espace occupé par le système. L'unité de volume dans le système international est le compteur cube: M³. D'autres unités largement utilisées comprennent des pouces cubes, des pieds cubes et un litre.

Pression

C'est une ampleur scalaire donnée par le quotient entre la composante perpendiculaire de la force appliquée à un corps et la zone de ce. L'unité de pression dans le système international est le Newton / M² O Pascal (PA).

En plus de la Pascal, la pression a de nombreuses unités qui sont utilisées en fonction de la portée. Parmi eux, le PSI, l'atmosphère (ATM), les barreaux et les millimètres de mercure (MMHG).

Température

Dans son interprétation microscopique, la température est la mesure de l'énergie cinétique des molécules qui constituent le gaz à l'étude. Et au niveau macroscopique indique la direction du flux de chaleur en contactant deux systèmes.

L'unité de température dans le système international est le Kelvin (K) et il y a aussi les échelles Celsius (ºC) et Fahrenheit (ºF) (ºF).

Peut vous servir: Brayton Cycle: processus, efficacité, applications, exercices

Exercices résolus

Cette section utilisera des équations pour obtenir les valeurs des variables lorsque le système est dans une situation particulière. Il s'agit de Équations d'État.

Une équation d'État est un modèle mathématique qui utilise les variables d'état et les modèles Comportement du système. Un objet d'étude est proposé comme un gaz idéal, qui se compose d'un ensemble de molécules capables de se déplacer librement mais sans interagir entre eux.

L'équation de statut proposée pour les gaz idéaux est:

P.V = n.k.T

Où P C'est la pression, V C'est le volume, N C'est le nombre de molécules et k C'est la constante de Boltzmann.

-Exercice 1

Vous avez gonflé les pneus de votre voiture à la pression recommandée par le fabricant de 3.21 × 10⁵ Pa, dans un endroit où la température était de -5.00 ° C, mais veut maintenant aller à la plage, où il y a 28 ºC. Avec l'augmentation de la température, le volume d'un pneu a augmenté de 3%.

Figure 2. En augmentant la température de -5ºC à 28 ºC, l'air des pneus se dilate et s'il n'y a pas de pertes. La pression augmente. Source: Pixabay.

Trouvez la pression finale dans le pneu et indiquez si elle a dépassé la tolérance donnée par le fabricant, qui ne doit pas dépasser 10% de la pression recommandée.

Solution

Le modèle de gaz idéal est disponible, il sera donc supposé que l'air des pneus suit l'équation donnée. Cela signifiera également qu'il n'y a pas de pertes d'air dans les pneus, donc le nombre de moles est constant:

Nombre initial de molécules (à -5 ºC) = nombre de molécules finales (à 28 ºC)

(P.V / k .T) _initial = (P.V / k.T)_final

Il comprend la condition que le volume final a augmenté de 3%:

Peut vous servir: circuit parallèle

(P.Vermont) _initial= 1.03v_initial (P / t)_final

Les données connues sont remplacées et la pression finale est éliminée. Important: la température doit être exprimée à Kelvin: T(K) = t (° C) + 273.quinze

(P / t) _final = (P / t) _initial /1.03 = (3.21 × 10⁵ PA / (-5 + 273.15 k)) / 1.03 = 1.16 x 10³ PA / K

P _final = (28 + 273.15 k) _X1.16 _X dix³ Pa / k = 3.5 x 10⁵ Pennsylvanie.

Le fabricant a indiqué que la tolérance est de 10%, donc la valeur maximale de la pression est:

P _maximum = 3.21 × 10⁵ Pa + 0.1 x 3.21 × 10⁵ Pa = 3.531 × 10⁵ Pennsylvanie

Vous pouvez voyager tranquillement à la plage, du moins en ce qui concerne les pneus, car il n'a pas dépassé la limite de pression établie.

Exercice 2

Un gaz idéal a un volume de 30 litres à une température de 27 ° C et sa pression de 2 atm. Garder la pression constante, trouver son volume lorsque la température passe à -13 ºC.

Solution

C'est un processus de pression constante (processus isobarique). Dans ce cas, l'équation de statut de gaz idéal est simplifiée à:

P _initial = P _final

(N.k.LA TÉLÉ)_initial= (N.k.LA TÉLÉ)_final

(LA TÉLÉ) _initial= (T / v) _final

Résultat connu sous le nom de loi de Charles. Les données disponibles sont:

V _initial = 30 L; T_initial = 27 ºC = (27 + 273.15 K) = 300.15 K; T _final = (-13 + 273.15 k) = 260.15 K

Effacer et remplacer:

V _final = V _initial . (T _final / T _initial) = 30 L . (260.15 k) / (300.15 K) = 26 L.

Les références

1. Borgnakke. 2009. Fondamentaux de la thermodynamique. 7^e Édition. Wiley et fils. 13-47.
2. Cengel, et. 2012. Thermodynamique. 7^mame Édition. McGraw Hill. 2-6.
3. Concepts fondamentaux des systèmes thermodynamiques. Récupéré de: textScientificas.com.
4. Engel, T. 2007. Introduction à la physicochimie: thermodynamique. Pearson. 1-9.
5. Nag, p.K. 2002. Thermodynamique de base et appliquée. Tata McGraw Hill. 1-4.
6. Université de Navojoa. Physicochimie de base. Récupéré de: fqb-unav.Forosactif.filet