12 דוגמאות למערכות תרמודינמיות - מַדָע - 2025

מערכות תרמודינמיות הם מושא המחקר של התרמודינמיקה. ניתן להגדיר מערכת ככמות מסוימת של חומר, או אזור במרחב בו תשומת הלב ממוקדת בניתוח הבעיה.

לעומת זאת, המונח תרמודינמי טבע את הפיזיקאי והמתמטיקאי הבריטי תומסון, ששילב את השורשים היוונים לחום (Θέρμη: thermo) וכוח או כוח (δύναμις: dynamis).

התרמודינמיקה היא ענף הפיזיקה שאחראי על לימוד החום ופוטנציאלו לייצור אנרגיה, והתכונות הקשורות לשני ההיבטים.

סוגי מערכות תרמודינמיות

מלכתחילה, חלק מהמושגים הבסיסיים הקשורים למערכות תרמודינמיות הם סביבה, גבול מערכת ויקום.

הסביבה היא כל דבר חיצוני למערכת, והגבול שלה הוא הממשק המפריד אותה מהסביבה. לבסוף, היקום הוא השילוב של שני המרכיבים הללו.

מערכת תרמודינמית יכולה להיות כל כמות של חומר, דגימה או מכונה המופרדים מסביבתה בצורה מוגדרת היטב.

ההפרדה הזו יכולה להיות אמיתית או מדומיינת. יש לקחת בחשבון כי לא הגאומטריה, לא ההרכב הכימי ולא המצב הפיזי של מערכות תרמודינאמיות נקבעים מראש, ולכן אף אחת מהן יכולה להשתנות.

מצד שני, ישנם שלושה סוגים של מערכות תרמודינמיות: סגור, פתוח ומבודד. במערכות סגורות ניתן להעביר אנרגיה בין המערכת לסביבתה, אך לא מסה.

אם ניתן להעביר את שניהם, זו מערכת פתוחה. מצד שני, אם אין סוג של אינטראקציה עם הסביבה המערכת מבודדת.

15 דוגמאות קונקרטיות למערכות תרמודינמיות

מערכות סגורות

במקרים של מערכות תרמודינמיות סגורות, החומר אינו חוצה את גבול המערכת. עם זאת, אנרגיה יכולה לחצות אותו, אבל בצורה של חום או עבודה. המערכות הבאות ממחישות סוג זה:

-בוכנות פניאומטיות אטומות

-קירור במערכת קירור

קלורימטר

-כוכב הלכת כדור הארץ (הוא משיג אנרגיה מהשמש, אך למעשה אינו מחליף חומר עם החוץ).

-סיר לחץ (אם המערכת סגורה לחלוטין, קיים סיכון לפיצוץ)

מערכות פתוחות

בסוג זה של מערכת, יש חילופי אנרגיה עם הסביבה, ואין מניעה שהמסה או החומר יחצו את גבולות המערכת.

כמו כן, העבודה נעשית על ידי המערכת או באמצעותה. כמה דוגמאות למערכות תרמודינמיות פתוחות כוללות:

- מים רותחים בסיר ללא מכסה (חום ואדים, וזה עניין, בורחים לאוויר)

-טורבינים

מדחסים

-מחליפי חום

-גוף האדם

מערכות מבודדות

מערכת מבודדת היא מערכת שבה העבודה אינה נעשית במערכת או על ידי אותה. החום לא מוסר או מתווסף מהמערכת.

כמו כן, החומר אינו זורם לתוכו או ממנו. מעט מאוד מערכות תרמודינמיות מבודדות לחלוטין. דוגמאות לכך הן:

צילינדר פלדה אטום קשיח המכיל חנקן נוזלי

-חליפת ניאופרן

צילינדרים חמצן

-כל היקום הפיזי

-תרמוס (כדי לשמור על קור או חם)

הפניות

1. וו, סי (2002). הנדסה אינטליגנטית מבוססת מחשב תרמודינמיקה וניתוח מחזורים. ניו יורק: הוצאת נובה.
2. Nag, PK (2013). תרמודינמיקה הנדסית. ניו דלהי: McGraw-Hill Education.
3. Han, F. (2017). קורס מודרני בפיזיקה באוניברסיטה: אופטיקה, פיסיקה תרמית, פיזיקה מודרנית. סינגפור: חברת הוצאה לאור מדעית עולמית.
4. Freiesleben Hansen, P. (2009). מדע חומרי הבנייה. לונדון: ספרינגר מדע ומדיה עסקית.
5. ראוף, BS (2012). תרמודינמיקה הפכה פשוט למהנדסי אנרגיה. ג'ורג'יה: עיתונות פרמונט.