Thermodynamics

ترمودینامیک

ترمودینامیک علمی است که به انتقال انرژی مربوط می شود. که شامل کار ، گرما و خواص فیزیکیی از مواد می باشد که در انتقال انرژی نقش دارند.
سرچشمه ترمودینامیک ممکن است به مطالعات اولیه در مورد عملکرد ماشین های بخار بر گردد.و این مطالعات اولیه زمینه ساز گسترش این علم شد تا جایی که انواع دیگر ماشین های گرمایی ، ماشین هایی که حرارت یا انرژی ناشی از سوخت ها را به کار تبدیل می کنند و ماشین های یخ ساز اولیه را تحت پوشش خودش قرار داد.
گسترش وسیع این علم در اواسط قرن 19 باعث شد که امروزه دانستن این علم برای بیش تر کارها از قبیل عملیات مهندسی وبرای فیزیکدانان و شیمیست ها ضروری باشد.

ترمودینامیک مهندسی

ترمودینامیک مهندسی بخشی از علم می باشد که همه انواع ماشین های گرمایی ، ماشین های قدرتی (از قبیل ثابت یا گردون ) ، یخچال ، کولر ، فرآیند احتراق ، فرآیندهای تراکم و انبساط سیالات ، دستگاه های انجام فرآیند های شیمیایی و خواص فیزیکیی از مواد که در آن ها نقش دارند و... را شامل می شود.
موتور ماشین یک مثال از وسیله ای است که قسمتی از انرژی شیمیایی سوخت را به کار تبدیل می کند و بقیه آن را از طریق گازهای خارج شده از ماشین و سیستم خنک کننده اتومبیل به محیط پس می دهد.
تجزیه و تحلیل ترمودینامیکی این امکان را به ما می دهد که میزان سوخت و هوای لازم برای ایجاد یک کار مشخص خروجی ، میزان انرژی خارج شده توسط سیستم های خنک کننده و گازهای خروجی و همچنین تاثیرات تغییر در نسبت تراکم ماشین را پیش بینی کنیم.

سیستم های ترمودینامیک

یک سیستم ترمودینامیکی توسط مقداری از ماده و یا ناحیه ای از فضا ،که برای تجزیه و تحلیل مورد توجه قرار می گیرد ، مشخص می شود. این مقدار مشخص از ماده و یا ناحیه ای از فضا باید دارای مرز مشخصی باشد که این مرز ممکن است تغییر شکل پذیر و یا مرز خیالی و فرضی باشد.
اگر یک سیستم به وسیله مقدار معینی از ماده مشخص شود. این سیستم همواره شامل آن مقدار ماده خواهد بود هیچ گونه انتقال جرمی در مرز آن وجود ندارد.ولی اگر سیستم به عنوان ناحیه ای از فضا که دارای مرز مشخصی می باشد تعریف شود ، در این حالت ماده می تواند در بین مرز سیستم منتقل شود.
به منظور تشخیص این دو نوع سیستم از همدیگر ، آن نوع سیستمی را که هیچ گونه انتقال جرمی در بین مرزش رخ نمی دهد را سیستم بسته یا جرم کنترل (Control mass ) می نامیم .
و یک سیستم باز ، ناحیه ای از فضا می باشد که ماده می تواند در بین مرز آن منتقل شود .که این مرز ممکن است متحرک باشد . یک سیستم باز اغلب به عنوان حجم کنترل ( Control volume) و مرز آن به عنوان سطح کنترل (Control surface) شناخته می شود.
هر چیزی که خارج مرز سیستم وجود دارد به عنوان محیط در نظر گرفته می شود . به طور معمول اصطلاح محیط محدود می شود به آن چیزهایی که در خارج از سیستم قرار دارند و به طریقی تحت تاثیر سیستم قرار می گیرند و تاثیر پذیر از رفتار سیستم می باشند.
یک حالت خاص از یک سیستم بسته ،سیستم منزوی (Isolated system) می باشد.که سیستمی می باشد که به هیچ طریقی تاثیر پذیری از محیط اطراف خودش ندارد و از آن جا که این سیستم بسته می باشد پس طبق تعریف هیچ نوع انتقال جرمی هم در مرزش رخ نمی دهد.

سیستم های ایده آل و واقعی

در حل مسائل فیزیکی ، ما به جای تمرکز روی سیستم های واقعی در دسترس ،
سیستم هایی را متصور می شویم که شبیه آن ها می باشند و ساده تر از آن ها . برای مثال در محاسبه بازده مکانیکی یک سیستم شامل نخ ها و قرقره ها (سیستم واقعی) روشی که مرسوم می باشد این است که ما محاسبات را با توجه به اینکه قرقره بدون اصطحکاک و بدون وزن می باشد و نخ ها قابلیت ارتجاعی ندارند(سیستم ایده آل) ، شروع می کنیم.
یک سیستم ایده آل با یک سیستم واقعی متفاوت می باشد از این نظر که یک سیستم ایده آل می تواند توسط تعداد کمی ویژگی های سیستم ، به طور کامل توصیف شود. اما یک سیستم واقعی دارای تعداد زیادی ویژگی می باشد که بعضی از آن ها وابستگی شدیدی به رفتار مورد مطالعه دارند ، و بعضی غیر مادی و برخی دارای تاثیرات کم و یا نا شناخته ای می باشند.
یک سیستم ایده آل به وسیله ویژگی هایی توصیف می شود تاثیر مهم و اساسی در رفتار سیستم واقعی دارا می باشند. و سپس این سیستم ایده آل به گونه ای مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد که فرض می شود دیگر خاصیت ها تاثیری نداشته باشند.