Закони на термодинамиката

The Термодинамика е Физическият клон, за който отговаря определят и измерват явленията за трансфер на енергия, обхващаща топлинна и механична работа.

Енергия

Едно от най-фундаменталните проявления на природата е енергията, която съпътства всички промени и трансформации. По този начин, толкова разнообразни явления като падане на камък, движение на билярдна топка, изгаряне на въглища или растеж и реакциите на сложните механизми на живите същества, всички те включват известно усвояване, излъчване и преразпределение на Енергия.

Най-често срещаната форма, в която се появява Енергията и към която другите се стремят, е Горещо. До него се случва Механична енергия в движението на всеки механизъм.

Електрическа енергия, когато токът загрява проводник или е способен да извършва механична или химическа работа. Лъчиста енергия, присъща на видимата светлина и излъчването като цяло; и накрая химическата енергия, съхранявана във всички вещества, която се разкрива, когато те извършват трансформация.

Колкото и различни и разнообразни да са на пръв поглед, те обаче са тясно свързани помежду си и при определени условия се извършва преобразуване от едното в другото.

Въпрос на термодинамика изучават такива взаимовръзки, които се осъществяват в системите, и техните закони, приложими за всички природни явления, се изпълняват стриктно, тъй като Те се основават на поведението на макроскопичните системи, т.е. с голям брой молекули вместо микроскопични, които включват намален брой те.

Към системите, където Закони на термодинамиката, те се наричат Термодинамични системи.

Термодинамика не отчита времето на трансформация. Вашият интерес фокусира се върху началното и крайното състояние на система, без да показва любопитство относно скоростта, с която се случва такава промяна.

Енергията на дадена система е кинетична, потенциална или и двете едновременно. The Кинетична енергия то е поради своето движениедобре молекулярна или на тялото като цяло.

От друга страна, Потенциал е този вид енергия, която системата притежава по силата на своето положение, т.е. по своята структура или конфигурация по отношение на други тела.

Общото енергийно съдържание на която и да е система е сумата от предишните и въпреки че нейната абсолютна стойност може да бъде изчислена, като се вземе предвид известното отношение на Айнщайн E = mC², където E е енергията, m масата, а C скоростта на светлината, този факт е малко полезен при обикновените термодинамични съображения.

Причината е, че участващите енергии са толкова големи, че всяка промяна в тях в резултат на физични или химични процеси е незначителна.

По този начин масовите промени в резултат на тези трансфери са невероятни, така че Термодинамиката предпочита да се справя с такива енергийни разлики, които са измерими и се изразяват в различни системи от единици.

Например единицата на cgs системата за механична, електрическа или топлинна енергия е Erg. Това на Международната система от единици е джаулът или юли; тази на английската система е Калорията.

The Термодинамиката се управлява от четири закона, базиран на Закона за нула.

Нулев закон на термодинамиката

Това е най-простият и основен от четирите и в основата си е предпоставка, която казва:

"Ако тяло A е в топлинно равновесие с тяло B, а тялото C е в равновесие с B, тогава A и C са в равновесие."

Първи закон на термодинамиката

Първият закон на термодинамиката установява запазването на енергията с предпоставката, че той казва:

"Енергията нито се създава, нито се унищожава, а само се трансформира."

Този закон се формулира, като се казва, че за дадено количество форма на енергия, която изчезва, друга форма на нея ще се появи в количество, равно на количеството, което е изчезнало.

Счита се за дестинация на определено количество топлина (Q), добавена към системата. Тази сума ще доведе до a увеличаване на вътрешната енергия (ΔE) и това също ще има ефект външна работа (W) като последица от споменатото поглъщане на топлина.

Той се поддържа от Първия закон:

ΔE + W = Q

Въпреки че Първият закон на термодинамиката установява връзката между абсорбираната топлина и работата извършено от система, не показва никакво ограничение на източника на тази топлина или в посока към него поток.

Според Първия закон нищо не пречи без външна помощ да извличаме топлина от леда, за да загреем водата, като температурата на първия е по-ниска от тази на втория.

Но е известно, че Топлинният поток има единствената посока от най-високата към най-ниската температура.

Втори закон на термодинамиката

Вторият закон на термодинамиката разглежда несъответствията на първия закон и носи следната предпоставка:

„Топлината не се превръща в Работа, без да води до постоянни промени нито в системите, включени, нито в тяхната близост.“

Ентропията е физическата величина, която определя Втория закон на термодинамиката и зависи от началното и крайното състояние:

ΔS = S₂ - С₁

Ентропията на целия процес също се дава от:

ΔS = q_r/ T

Като q_r топлината на обратим изотермичен процес и T постоянната температура.

Трети закон на термодинамиката

Този закон се занимава с Ентропията на чистите кристални вещества при абсолютна нулева температура и неговата предпоставка е:

„Ентропията на всички чисти кристални твърди вещества трябва да се счита за нула при абсолютна нулева температура.“

Това е валидно, тъй като експерименталните доказателства и теоретичните аргументи показват, че ентропията на преохладените разтвори или течности не е нула при 0K.

Примери за приложение на термодинамиката

Битови хладилници

Ледени фабрики

Двигатели с вътрешно горене

Термоконтейнери за топли напитки

Готварски печки под налягане

Чайници

Железопътни линии, захранвани с изгаряне на въглища

Пещи за топене на метал

Човешкото тяло в търсене на хомеостаза

Дрехите, носени през зимата, поддържат тялото топло