Gyorskeresés

A kölcsönhatások fajtái 4716

A rendszer és a környezet között zajló kölcsönhatásnak több fajtáját érdemes megkülönböztetni:

A kölcsönhatás
fajtája

A kölcsönhatás
jellemző mennyiségei

Az energiacsere

intenzív extenzív képlete jellege
termikus \(T\)
hőmérséklet
\(S\)
entrópia
\(Q=T\cdot \Delta S\) hőközlés
mechanikai \(p\)
nyomás
\(V\)
térfogat
\(W_{\mathrm{mech}}=-p\cdot \Delta V\) munka
elektromos \(U\)
elektromos potenciál
\(Q\)
elektromos töltés
\(W_{\mathrm{el}}=U\cdot \Delta Q\) munka
kémiai \(\mu \)
kémiai potenciál
\(n\)
anyagmennyiség
\(W_{\mathrm{kém}}=\mu \cdot \Delta n\) munka
felületi \(\gamma \)
felületi feszültség
\(A\)
felület
\(W_{\mathrm{fel}}=\gamma \cdot \Delta A\) munka

 

Mindegyik kölcsönhatást az intenzív állapotjelzőjének különbsége hajtja: a termikus kölcsönhatást a hőmérsékletkülönbség, a tágulást-összehúzódást a nyomáskülönbség, a kémiai reakciókat a kémiai potenciálok különbségei stb.

A fenti táblázatban azt látjuk, hogy az energiacsere fajtájáknak két csoportja van: a hőközlés és a munkavégzések. Gyakran előfordul azonban, hogy a vizsgált folyamatban a munkavégzések közül azonban nincs jelen mindegyik munkavégzés fajta. Elég sok esetben (mondjuk egy hűtőgép munkaközegével végzett kompresszió, cseppfolyós és kitágulási folyamatok) a munkavégzések közül csak mechanikai munkavégzés van. Ezért a fizikában gyakran (például a gázok tárgyalásakor, ha a folyamat során kémiai reakciók nem zajlanak) munkavégzés alatt - leszűkítve a fogalmat - térfogati munkavégzést értünk. De általában véve, amikor munkavégzésről van szó, mindig az összes munkavégzési fajtát kell alatta érteni. Például a termodinamika első főtételében a W munkavégzés nemcsak térfogati munkavégzést jelent. Ugyanakkor mivel a kémiai potenciál, a kémiai munkavégzés stb fogalmak nem részei a gimnáziumi fizika tananyagnak, illetve olyan összetett, bonyolult jelenségek sem, mint amikor van hőközlés is, mechanikai munkavégzés is, és elektromos munkavégzés is, ezért a gimnáziumi fizikában még a termodinamika I. főtételében is csak mechanikai munkavégzést szoktunk érteni a munkavégzés alatt.

Nézzük, hogy ezen szűkebb esetben (munkavégzés csak mechanikai lehet) hogyan osztályozhatók a folyamatok a határoló fal tulajdonságai szerint!

  \(W\)
térfogati munkavégzés lehet?
 igen 
 
 nem 
(izochor) 
\(Q\)
h
őközlés
lehet?
 igen 
(termikus)

deformálódó és hőátengedő fal

merev és hőátengedő fal

 nem 
(adiabatikus) 

deformálódó és hőszigetelő fal

merev és hőszigetelő fal

 

Szigorú értelemben minden tartály rugalmas és hőátengedő. Hiszen még egy merev anyagból készült vastag falú tartály is valamilyen picit kitágul vagy összehúzódik a nyomások megváltozása hatására. És a legjobb hőszigetelő tulajdonságú határolófalak is átengednek valamennyi hőt. De a fizikában (ahogy a természetudományokban általában) el kell döntenünk, milyen pontossággal kívánjuk leírni a jelenséget. Ha például $\%$‑os pontosság elegendő, olyankor egy ezrelékes nagyságú korrekciót jelentő effektust nyugodtan elhanyagolhatunk, pláne egy milliomodrésznyi korrekciót jelentőt. Ha tehát például egy határolófal esetén a hőcsere a mechanikai munkavégzéshez képest jóval kisebb (elhanyagolhatóan kicsi), akkor hőszigetelőnek tekintjük a falat, ami a számításokat leegyszerűsíti. Például a robbanómotorokban a forró égéstermék kitágulása rövid idő alatt történik, ezért egyszerűen nincs nagyon idő arra, hogy jelentős mennyiségű hőcsere legyen, ezért első közelítésben adiabatikusnak tekinthetjük a folyamatot. Természetesen van hőcsere, hiszen nagy igénybevétel esetén a motor hőleadásától forr fel a hűtővize.

Amikor van térfogati munkavégzés, azok a folyamatok még végtelenül sokfélék lehetnek. Köztük van az izotermikus folyamat is és az izobár is, de ezek csak speciális esetei a térfogati munkavégzéssel járó folyamatoknak.

A hőátengedő falat diatermikusnak, a hőszigetelőt adiatermikusnak is nevezik.

Ezen kívül vannak további csoportosítási szempontjai is a határolófalaknak, mint például hogy az egyes sugárzásfajtákra nézve leárnyékoló-e.