Термодинамические инструменты

редактировать

A термодинамический инструмент - это любое устройство, позволяющее проводить количественные измерение термодинамических систем. Чтобы точно определить термодинамический параметр, необходимо указать метод его измерения. Например, окончательное определение температуры - это «то, что показывает термометр». Возникает вопрос - что такое градусник?

Есть два типа термодинамических инструментов: измеритель и резервуар. Термодинамический измеритель - это любое устройство, которое измеряет любой параметр термодинамической системы. Термодинамический резервуар - это система, которая настолько велика, что существенно не меняет параметры своего состояния при контакте с тестовой системой.

Содержание

  • 1 Обзор
  • 2 Термодинамические счетчики
  • 3 Термодинамические резервуары
  • 4 Теория
  • 5 Ссылки

Обзор

Два общих дополнительных инструмента: измеритель и резервуар. Важно, чтобы эти два типа инструментов были разными. Счетчик не выполняет свою задачу точно, если он ведет себя как резервуар переменной состояния, которую он пытается измерить. Если, например, термометр будет действовать как резервуар температуры, он изменит температуру измеряемой системы, и показания будут неправильными. Идеальные счетчики не влияют на переменные состояния системы, которую они измеряют.

Термодинамические измерители

A метр - это термодинамическая система, которая отображает наблюдателю некоторые аспекты своего термодинамического состояния. Характер его контакта с системой, которую он измеряет, можно контролировать, и он достаточно мал, чтобы существенно не влиять на состояние измеряемой системы. Теоретический термометр, описанный ниже, является именно таким измерителем.

В некоторых случаях термодинамический параметр фактически определяется в терминах идеализированного измерительного прибора. Например, нулевой закон термодинамики гласит, что если два тела находятся в тепловом равновесии с третьим телом, они также находятся в тепловом равновесии друг с другом. Этот принцип, как заметил Джеймс Максвелл в 1872 году, утверждает, что можно измерить температуру. Идеализированный термометр - это образец идеального газа при постоянном давлении. Согласно закону идеального газа, объем такой пробы может использоваться как индикатор температуры; таким образом он определяет температуру. Хотя давление определяется механически, устройство для измерения давления, называемое барометром, также может быть сконструировано из образца идеального газа, выдерживаемого при постоянной температуре. калориметр - это устройство, которое используется для измерения и определения внутренней энергии системы.

Некоторые распространенные термодинамические измерители:

  • Термометр - устройство, измеряющее температуру, как описано выше;
  • Барометр - устройство, измеряющее давление. Барометр идеального газа может быть сконструирован путем механического подключения идеального газа к измеряемой системе с одновременной термоизоляцией. Затем объем будет измерять давление по уравнению идеального газа P = NkT / V.
  • Калориметр - устройство, которое измеряет тепловую энергию, добавляемую в систему. Простой калориметр - это просто термометр, подключенный к теплоизолированной системе.

Термодинамические резервуары

A резервуар - это термодинамическая система, которая контролирует состояние системы, обычно «накладываясь» на управляемую систему. Это означает, что характер его контакта с системой можно контролировать. Резервуар настолько велик, что на его термодинамическое состояние не оказывает заметного влияния состояние контролируемой системы. Термин «атмосферное давление » в нижеследующем описании теоретического термометра по существу является «резервуаром давления», который оказывает атмосферное давление на термометр.

Некоторые распространенные резервуары:

  • Резервуар давления - безусловно, наиболее распространенным резервуаром давления является атмосфера Земли.
  • Резервуар температуры - Большое количество воды в его тройной точке образует эффективный температура резервуара.

Теория

Предположим, что мы понимаем механику достаточно хорошо, чтобы понимать и измерять объем, площадь, массу и силу. Их можно объединить для понимания концепции давления, которое представляет собой силу на единицу площади, и плотности, которая представляет собой массу на единицу объема. Экспериментально установлено, что при достаточно низких давлениях и плотностях все газы ведут себя как идеальные газы. Поведение идеального газа описывается законом идеального газа:

PV = N k T {\ displaystyle PV = NkT \,}{\ displaystyle PV = NkT \,}

где P - давление, V - объем, N - количество частиц ( общая масса, деленная на массу частицы), k - постоянная Больцмана, а T - температура. Фактически, это уравнение - больше, чем феноменологическое уравнение, оно дает рабочее или экспериментальное определение температуры. Термометр - это инструмент, который измеряет температуру - примитивный термометр был бы просто небольшим сосудом с идеальным газом, которому было позволено расширяться против атмосферного давления. Если мы приведем его в тепловой контакт с системой, температуру которой мы хотим измерить, подождем, пока она уравновесится, а затем измерим объем термометра, мы сможем вычислить температуру рассматриваемой системы с помощью T = PV / Nk. Будем надеяться, что термометр будет достаточно маленьким, чтобы существенно не изменять температуру системы, которую он измеряет, а также чтобы на атмосферное давление не влияло расширение термометра.

Идеальный газовый термометр можно определить более точно, сказав, что это система, содержащая идеальный газ, который термически связан с системой, которую он измеряет, при этом будучи динамически и материально изолирован от Это. Он одновременно динамически связан с внешним резервуаром давления, от которого он материально и теплоизолирован. Другие термометры (например, ртутные термометры, которые показывают наблюдателю объем ртути) теперь могут быть сконструированы и откалиброваны по термометру идеального газа.

Ссылки

Последняя правка сделана 2021-06-11 08:32:33
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте