Gesetze der Thermodynamik

Das Thermodynamik ist der Fachbereich Physik, der zuständig ist Energieübertragungsphänomene bestimmen und messen, die Wärme und mechanische Arbeit umfasst.

Energie

Eine der grundlegendsten Manifestationen der Natur ist die Energie, die alle Veränderungen und Transformationen begleitet. So unterschiedliche Phänomene wie der Fall eines Steins, die Bewegung einer Billardkugel, das Verbrennen von Kohle oder das Wachstum von growth und Reaktionen der komplexen Mechanismen der Lebewesen umfassen alle eine gewisse Absorption, Emission und Umverteilung der Energie.

Die häufigste Form, in der die Energie erscheint und zu der die anderen tendieren, ist die Heiß. Neben ihm tritt auf Mechanische Energie in der Bewegung eines jeden Mechanismus.

Elektrische Leistung, wenn ein Strom einen Leiter erhitzt oder mechanische oder chemische Arbeit verrichten kann. Strahlungsenergie, die sichtbarem Licht und Strahlung im Allgemeinen innewohnt; und schließlich die in allen Stoffen gespeicherte Chemische Energie, die sich bei einer Umwandlung offenbart.

So unterschiedlich und vielfältig sie auf den ersten Blick erscheinen mögen, so sind sie doch aufs Engste miteinander verbunden, und unter bestimmten Voraussetzungen findet eine Umwandlung von einem zum anderen statt. Es ist eine Frage der Thermodynamik studieren solche Zusammenhänge, die in Systemen stattfinden, und ihre Gesetze, die auf alle Naturphänomene anwendbar sind, werden rigoros erfüllt, da Sie basieren auf dem Verhalten makroskopischer Systeme, d. h. mit vielen Molekülen statt mikroskopischen, die eine reduzierte Anzahl von Sie.

Zu den Systemen, in denen die Gesetze der Thermodynamik, Sie heißen Thermodynamische Systeme.

Thermodynamik berücksichtigt nicht die Transformationszeit. Dein Interesse konzentriert sich auf den Anfangs- und Endzustand eines Systems, ohne Neugier auf die Geschwindigkeit zu zeigen, mit der eine solche Änderung stattfindet.

Die Energie eines gegebenen Systems ist kinetisch, potentiell oder beides gleichzeitig. Das Kinetische Energie es ist aufgrund seiner Bewegunggut sein molekular oder des Körpers als Ganzes.

Andererseits, Potenzial ist diese Art von Energie, die ein System besitzt aufgrund seiner Position, das heißt durch seine Struktur oder Konfiguration in Bezug auf andere Körper.

Der Gesamtenergieinhalt eines Systems ist die Summe der vorherigen, und obwohl sein absoluter Wert unter Berücksichtigung der berühmten Einstein-Beziehung E = mC. berechnet werden kann², wobei E die Energie ist, m die Masse ist und C die Lichtgeschwindigkeit ist, ist diese Tatsache für gewöhnliche thermodynamische Betrachtungen von geringem Nutzen.

Der Grund dafür ist, dass die beteiligten Energien so groß sind, dass ihre Veränderung durch physikalische oder chemische Prozesse vernachlässigbar ist.

Somit sind die aus diesen Übertragungen resultierenden Massenänderungen unwägbar, weshalb die Die Thermodynamik beschäftigt sich bevorzugt mit solchen Energieunterschieden, die messbar sind und sie werden in verschiedenen Einheitensystemen ausgedrückt.

Die Einheit des cgs-Systems für mechanische, elektrische oder thermische Energie ist beispielsweise das Erg. Die des Internationalen Einheitensystems ist Joule oder Juli; das des englischen Systems ist die Kalorie.

Das Die Thermodynamik unterliegt vier Gesetzen govern, basierend auf dem Nullgesetz.

Nullgesetz der Thermodynamik

Es ist das einfachste und grundlegendste der vier, und es ist im Grunde eine Prämisse, die besagt:

"Wenn ein Körper A mit einem Körper B im thermischen Gleichgewicht ist und Körper C mit B im Gleichgewicht ist, dann sind A und C im Gleichgewicht."

Erster Hauptsatz der Thermodynamik

Der erste Hauptsatz der Thermodynamik begründet die Energieerhaltung mit der Prämisse, dass er sagt:

"Energie wird weder erzeugt noch vernichtet, sie verwandelt sich nur."

Dieses Gesetz wird formuliert, indem man sagt, dass für eine gegebene Menge einer Form von Energie, die verschwindet, eine andere Form derselben in einer Menge erscheint, die der verschwundenen Menge entspricht.

Es gilt als Ziel einer bestimmten Menge von Wärme (Q) wird dem System zugeführt. Dieser Betrag führt zu a Erhöhung der inneren Energie (ΔE) und es wird sich auch sicher auswirken externe Arbeit (W) als Folge der Wärmeabsorption.

Es wird durch das Erste Gesetz gehalten:

ΔE + W = Q

Obwohl der Erste Hauptsatz der Thermodynamik die Beziehung zwischen aufgenommener Wärme und Arbeit herstellt von einem System durchgeführt wird, gibt keine Einschränkung hinsichtlich der Quelle dieser Wärme oder in Richtung ihrer fließen.

Nach dem ersten Hauptsatz hindert nichts daran, dass wir ohne äußere Hilfe dem Eis Wärme entziehen, um das Wasser zu erhitzen, wobei die Temperatur des ersteren niedriger ist als die des letzteren.

Aber das ist bekannt Der Wärmestrom hat die einzige Richtung von der höchsten zur niedrigsten Temperatur.

Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik

Der Zweite Hauptsatz der Thermodynamik befasst sich mit den Widersprüchen des Ersten Hauptsatzes und trägt die folgende Prämisse:

"Wärme verwandelt sich nicht in Arbeit, ohne dauerhafte Veränderungen weder in den enthaltenen Systemen noch in deren Umgebung hervorzurufen."

Entropie ist die physikalische Größe, die den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik definiert, und hängt von den Anfangs- und Endzuständen ab:

S = S₂ - S₁

Die Entropie des gesamten Prozesses ist auch gegeben durch:

S = q_r/ T

q Being sein_r die Wärme eines reversiblen isothermen Prozesses und T die konstante Temperatur.

Dritter Hauptsatz der Thermodynamik

Dieses Gesetz befasst sich mit der Entropie reiner kristalliner Substanzen bei absoluter Nulltemperatur und seine Prämisse ist:

"Die Entropie aller reinen kristallinen Feststoffe muss bei der absoluten Nulltemperatur als Null angesehen werden."

Das Obige ist gültig, weil experimentelle Beweise und theoretische Argumente zeigen, dass die Entropie unterkühlter Lösungen oder Flüssigkeiten bei 0 K nicht Null ist.

Anwendungsbeispiele der Thermodynamik

Haushaltskühlschränke

Eisfabriken

Verbrennungsmotoren

Thermobehälter für Heißgetränke

Schnellkochtöpfe

Wasserkocher

Eisenbahnen mit Kohleverbrennung

Metallschmelzöfen

Der menschliche Körper auf der Suche nach Homöostase

Winterkleidung hält den Körper warm