Mfano wa Mazingira ya Umoja: Msingi na Sera

Mizizi ya thermodynamics ya uhandisi yanayochelewa sana kwenye kuunda dunia bora, kupitia maendeleo katika utaratibu wa mifumo, vyombo, na muktadha wao.

Vigezo vya muhimu katika kutathmini ufanisi wa vyombo ni kama vile tofauti za zao la mwisho, matumizi ya chakula cha awali, gharama za utengenezaji, na tathmini ya athari kwenye mazingira. Wanasayansi sasa wanatumia ufumbuzi wa thermodynamics kutafuta na kurudia mambo yanayotumika kwa msingi wa usalama na faragha ya binadamu.

Sayansi ya thermodynamics imekuwa hitimu tangu miaka ya 19th. Tangu hapo wakisayansi na wahanasisi wametumia jihadi inayofanana na inayotekeleza kwa undani ili kufanya iwe rahisi kwa mtumiaji.

Mizizi ya Thermodynamics

Neno thermodynamics linatokana na neno kigiriki theme (maana yake ni moto) na dynamics (maana yake ni nguvu). Wanahanasi wanachukua fursa hii kujifunza kuhusu mifumo na mawasiliano yao na mazingira yao.

Ufumbuzi/maelezo unayotumiwa katika sekta hii una faida kwa wasomaji wa kuelewa ufumbuzi wa thermodynamics ya uhandisi (mara nyingi inatafsiriwa kama Heat-Power Engineering)

Mifano, Mazingira na Dunia

Mifano ni chochote tunachotaka kujifunza na kusikiliza, kwa hiyo hatua ya kwanza ni kuweka dhamma ya utafiti. Dhamma ya utafiti inaweza kuwa kuboresha ufanisi wa mifano au kupunguza hasara na kadhalika. Mifano ya mifano ni kuanaliza mzunguko wa baridi katika eneo la hifadhi la baridi au kuanaliza mzunguko wa Rankine katika viwanda vya umeme.

Mifano yalinavyoitafsiriwa ni kama ukubwa wa kitu sahihi kinachohitimu na kivuli chenye uzimba wowote; kwa mfano, upande wa kimolekulina wa mifano unaweza kuwa tayari au kubadilika kulingana na mzunguko.

Uzimba wa mifano si lazima kuwa tayari (kama hewa katika kompyuta inayosomwa na pistoni) inaweza kuwa badilika (kama balluni uliyopata udongo). Kitu kilicho hitimu na mifano ni kuitwa mazingira na dunia ni matokeo ya mifano na mazingira.

Kitu kilicho hitimu na mifano na mazingira ni kuitwa mpaka. Mpaka wa mifano unaweza kuwa tayari au kwenye mzunguko.

Uwasiliana kati ya mifano na mazingira hutenda kwa kutembelea mpaka na hivyo inapokea jumla ya faida katika thermodynamics (i.e. heat and power engineering).

Aina za Mifano katika Thermodynamics

Kuna aina mbili za mifano muhimu katika thermodynamics:

1. Mifano Yaliyofunga au Control Mass: ni kuhusiana na ukubwa wa kitu. Kama mifano yenye mzunguko, katika mifano yaliyofunga, hakuna mzunguko wa kitu huchukua kwenye mpaka wa mifano. Kuna aina maalum ya mifano yaliyofunga ambayo haikusaidiane na haijifunga kwenye mazingira inaitwa mifano yaliyofunga.

2. Control Volume (Open System): Control volume ni ukubwa wa nchi unazotembelea mzunguko wa energy na mass. Mpaka wa mifano yenye mzunguo unaitwa controlled surface; huu controlled surface unaweza kuwa halisi au asilohisi.
   Misalio ya control volume ni vyombo vya uhandisi vinavyotumika kwenye mzunguko wa mass kwenye mifano kama mifano ya maji katika pompa, mzunguko wa steam katika turbines na mzunguko wa hewa katika compressors.

Thermodynamics ya Mikroskopik

Mtaro wa mikroskopik katika thermodynamics pia unaitwa statistical thermodynamics na huhusiana na structure ya kitu na objective ya statistical thermodynamics ni kutoa maelezo kuhusu tabia ya wastani ya particles zenye mifano na kwa urutani, kutumia taarifa hizo kutambua tabia ya macroscopic ya mifano.

Thermodynamics Property, States and Process

Thermodynamic Property

Thermodynamic property ni tabia ya macroscopic ya mifano. Thamani ya property inaweza kuwa tayari kusainiwa wakati wowote bila kujua thamani ya zamani na tabia yake.

Extensive Property

Properties zinazodependa kwa ukubwa ni kuitwa extensive properties na thamani yake kwa mifano nzima ni jumla ya thamani zake kwa sehemu zile mifano zinazopatikana. Misalio ya extensive property ni ukubwa, energy, na ukubwa. Extensive property inadependea ukubwa wa mifano na inaweza kubadilika kwa muda.

Intensive Property

Ingawa intensive property sio dependent kwa ukubwa na non additive nature na hautadependea ukubwa wa mifano. Inaweza kubadilika katika mahali tofauti kwenye mifano kwa muda wowote. Misalio ya intensive property ni pressure na temperature.

Thermodynamic State

State inaelezwa kama hali ya mifano ambayo inaweza kuelezwa kwa properties zake. Ukubwa wa mifano unaweza kuwa kwenye tofauti za unique conditions, inaitwa state. Kuna uhusiano kati ya properties za mifano lakini state inaweza kusainiwa kwa kutumia thamani ya subset ya properties.

Thermodynamic Process

Thermodynamic processes ni conversion ya state moja kwenye state nyingine. Ikiwa thamani ya property ya macroscopic katika mifano katika wakati tofauti ni sawa basi mifano inatafsiriwa kuwa na state sawa. Hali ya steady state ya mifano inaweza kupata kama hakuna property yoyote ichanganyike kwa muda.

System Equilibrium Cycle

A thermodynamic system equilibrium cycle ni mzunguko wa kasi ambapo anapoanza na kumaliza na hali sawa. Wakati mzunguko umekamilika, properties zote zimekuwa na thamani sawa kama walivyokuwa mwanzoni. Mzunguko wote unarepeat mara kwa mara unachukua jumla ya faida katika shughuli nyingi, kama circulation ya condensate katika thermal power generating station anayefanya mzunguko.

Working Substance

Teoria ya kitu ni faida kwa kuelewa concept ya energy. Kitu linajulikana kwa ukubwa wake, ukubwa, na nchi na hata ingawa ni structure na nature yetu ina tabia kama consistency na reliability. Kitu linajenga kwa wingi wa particles inayoitwa molecules. Unaweza kupata kitu cha Solid, liquid au gas kila mahali.

Katika kitu cha solid, molecules ziko karibu na strong bounded na hazitosogelewi. Kwa hiyo force mkubwa unahitajika kubadilisha shape yake.

Molecules katika kitu cha liquid hazito hold firmly na kwa hiyo force ndogo tu inasafi kusaidiana na molecules.

Katika hali ya gaseous, molecules zinaenda kwa random na free kama iko katika unbound state zinaenda kwa haraka bila kuzingatia molecules zao adjacent. Compressibility inahusiana na gases, ina spaces mingi kati ya connecting molecules. Energy ni sababu ya kitu kukubalika kwenye tofauti phases.

Pure Substance

Material solo chemical structure au homogeneity katika variant chemical structure inaitwa pure substances. Material inaweza kuwako kwenye phase moja kama liquid au inaweza kuwako kwenye zaidi ya phase moja kwenye equilibrium na kila mwingine. Uniform mixture ya gases inayojumuisha similar chemical composition pia inaitwa pure substance.

Importance ya pure substance ni katika determination ya properties za working substance kwenye tofauti za pressure na temperature.

Example: Kwa pure substance kama maji inaweza kuelezea kwa makubwa ya sovereign intensive properties inayoitwa pressure na temperature. Pure substance kingine ni air katika hali ya gaseous. Lakini kwa substance isiyohomogeneous, zaidi ya properties zinahitajika kuelezea hali.

Thermodynamic Equilibrium