VARIABEL TERMODINAMIKA: APA ITU DAN LATIHAN YANG DISELESAIKAN - FISIK - 2025

The variabel termodinamika atau variabel negara adalah mereka secara makroskopik mencirikan suatu sistem termodinamika, yang paling akrab tekanan, volume, suhu dan massa. Mereka sangat berguna dalam mendeskripsikan sistem dengan banyak masukan dan keluaran. Ada banyak variabel status yang sama pentingnya, selain yang telah disebutkan. Pemilihan yang dilakukan tergantung pada sistem dan kompleksitasnya.

Pesawat yang penuh penumpang atau mobil dapat dianggap sebagai sistem dan variabelnya meliputi, selain massa dan suhu, jumlah bahan bakar, posisi geografis, kecepatan, percepatan, dan tentu saja banyak lagi.

Gambar 1. Sebuah pesawat terbang dapat dipelajari sebagai sistem termodinamika. Sumber: Pixabay.

Jika begitu banyak variabel dapat didefinisikan, kapan variabel dianggap sebagai status? Proses di mana variabel memperoleh nilainya tidak menjadi masalah dianggap seperti itu.

Di sisi lain, ketika sifat transformasi mempengaruhi nilai akhir variabel, itu tidak lagi dianggap sebagai variabel keadaan. Contoh penting dari ini adalah pekerjaan dan panas.

Pengetahuan tentang variabel negara memungkinkan untuk secara fisik menggambarkan sistem dalam waktu tertentu t _o . Berkat pengalaman, model matematika dibuat yang menggambarkan evolusinya dari waktu ke waktu dan memprediksi keadaan pada waktu t> t _o .

Variabel intensif, ekstensif dan spesifik

Dalam kasus gas, yang merupakan sistem yang sering dipelajari dalam termodinamika, massa adalah salah satu keadaan utama dan variabel fundamental dari sistem apa pun. Ini terkait dengan jumlah materi yang dikandungnya. Dalam Sistem Internasional diukur dalam kg.

Massa sangat penting dalam suatu sistem dan sifat termodinamika diklasifikasikan menurut bergantung padanya atau tidak:

-Intensive: tidak bergantung pada massa dan ukuran, misalnya suhu, tekanan, viskositas, dan secara umum yang membedakan satu sistem dari yang lain.

-Extensive: yang bervariasi dengan ukuran sistem dan massanya, seperti berat, panjang, dan volume.

-Spesifik: yang diperoleh dengan mengekspresikan sifat ekstensif per unit massa. Diantaranya adalah berat jenis dan volume jenis.

Untuk membedakan jenis variabel, bayangkan sistem dibagi menjadi dua bagian yang sama: jika besarnya tetap sama di masing-masing, itu adalah variabel intensif. Jika tidak, nilainya dipotong setengah.

-Tekanan, volume dan suhu

Volume

Ini adalah ruang yang ditempati oleh sistem. Satuan volume dalam Sistem Internasional adalah meter kubik: m ³ . Satuan lain yang banyak digunakan termasuk inci kubik, kaki kubik, dan liter.

Tekanan

Ini adalah besaran skalar yang diberikan oleh hasil bagi antara komponen tegak lurus gaya yang diterapkan pada benda dan luasnya. Satuan tekanan dalam Sistem Internasional adalah newton / m ² atau Pascal (Pa).

Selain Pascal, tekanan memiliki banyak satuan yang digunakan sesuai dengan luasnya. Ini termasuk psi, atmosfer (atm), batangan, dan milimeter merkuri (mmHg).

Suhu

Dalam interpretasinya pada tingkat mikroskopis, suhu adalah ukuran energi kinetik dari molekul penyusun gas yang diteliti. Dan pada tingkat makroskopik ini menunjukkan arah aliran panas saat menghubungkan dua sistem.

Satuan temperatur dalam Sistem Internasional adalah Kelvin (K) dan ada juga timbangan Celsius (ºC) dan Fahrenheit (ºF).

Latihan terselesaikan

Pada bagian ini, persamaan akan digunakan untuk mendapatkan nilai variabel saat sistem berada dalam situasi tertentu. Ini tentang persamaan negara.

Persamaan keadaan adalah model matematika yang menggunakan variabel keadaan dan memodelkan perilaku sistem. Suatu gas ideal diusulkan sebagai obyek studi, yang terdiri dari sekumpulan molekul yang mampu bergerak bebas tetapi tanpa berinteraksi satu sama lain.

Persamaan keadaan yang diusulkan untuk gas ideal adalah:

Di mana P adalah tekanan, V adalah volume, N adalah jumlah molekul, dan k adalah konstanta Boltzmann.

-Latihan 1

Anda menggembungkan ban mobil Anda ke tekanan yang direkomendasikan pabrikan sebesar 3,21 × 10 ⁵ Pa, di tempat yang suhunya –5,00 ° C, tetapi sekarang Anda ingin pergi ke pantai, yang suhunya 28 ° C. Dengan kenaikan suhu, volume ban meningkat 3%.

Gambar 2. Saat suhu meningkat dari -5ºC menjadi 28ºC, udara di dalam ban mengembang dan tidak ada kerugian. tekanan meningkat. Sumber: Pixabay.

Temukan tekanan akhir pada ban dan tunjukkan apakah sudah melebihi toleransi yang diberikan oleh produsen, yaitu tidak melebihi 10% dari tekanan yang disarankan.

Larutan

Model gas ideal tersedia, sehingga udara di dalam ban diasumsikan mengikuti persamaan yang diberikan. Ini juga akan mengasumsikan bahwa tidak ada kebocoran udara di ban, jadi jumlah mol tetap:

Kondisi bahwa volume akhir meningkat 3% termasuk:

Data yang diketahui diganti dan tekanan akhir dihapus. Penting: suhu harus dinyatakan dalam Kelvin: T (K) = T (° C) + 273,15

Pabrikan telah menunjukkan bahwa toleransinya adalah 10%, oleh karena itu nilai tekanan maksimumnya adalah:

Anda dapat bepergian dengan aman ke pantai, setidaknya sejauh menyangkut ban, karena Anda belum melebihi batas tekanan yang ditetapkan.

Latihan 2

Gas ideal memiliki volume 30 liter pada suhu 27 ° C dan tekanannya 2 atm. Pegang tekanan konstan, temukan volumenya saat suhu melewati -13 ºC.

Larutan

Ini adalah proses tekanan konstan (proses isobarik). Dalam kasus seperti itu, persamaan gas ideal keadaan disederhanakan menjadi:

Hasil ini dikenal sebagai hukum Charles. Data yang tersedia adalah:

Memecahkan dan mengganti:

Referensi

1. Borgnakke. 2009. Dasar-dasar Termodinamika. Edisi ^ke- 7 . Wiley and Sons. 13-47.
2. Cengel, Y. 2012. Termodinamika. Edisi 7 ^ma . McGraw Hill. 2-6.
3. Konsep dasar sistem termodinamika. Diperoleh dari: textscientificos.com.
4. Engel, T. 2007. Pengantar Fisikokimia: Termodinamika. Pearson. 1-9.
5. Nag, PK 2002. Termodinamika Dasar dan Terapan. Tata McGraw Hill. 1-4.
6. Universitas Navojoa. Fisikokimia Dasar. Diperoleh dari: fqb-unav.forosactivos.net