Νόμοι της Θερμοδυναμικής

ο Θερμοδυναμική είναι ο Κλάδος της Φυσικής που προΐσταται να προσδιορίσει και να μετρήσει τα φαινόμενα Μεταφοράς Ενέργειας, που περιλαμβάνει Θερμικές και Μηχανικές Εργασίες.

Ενέργεια

Μία από τις πιο θεμελιώδεις εκδηλώσεις της φύσης είναι η ενέργεια που συνοδεύει όλες τις αλλαγές και τις μεταμορφώσεις. Έτσι, τόσο διαφορετικά φαινόμενα όπως η πτώση μιας πέτρας, η κίνηση μιας μπάλας του μπιλιάρδου, η καύση άνθρακα ή η ανάπτυξη και οι αντιδράσεις των πολύπλοκων μηχανισμών των ζωντανών όντων, όλα περιλαμβάνουν κάποια απορρόφηση, εκπομπή και ανακατανομή του Ενέργεια.

Η πιο κοινή μορφή με την οποία εμφανίζεται η Ενέργεια και προς την οποία τείνουν οι άλλοι, είναι η Ζεστό. Δίπλα του εμφανίζεται Μηχανική ενέργεια στην κίνηση οποιουδήποτε μηχανισμού.

Ηλεκτρική Ενέργεια όταν ένα ρεύμα θερμαίνει έναν αγωγό ή είναι ικανό να εκτελέσει μηχανική ή χημική εργασία. Ακτινοβολία που είναι εγγενής στο ορατό φως και την ακτινοβολία γενικά. και τέλος τη Χημική Ενέργεια που είναι αποθηκευμένη σε όλες τις ουσίες, η οποία αποκαλύπτεται όταν πραγματοποιούν έναν μετασχηματισμό.

Όσο διαφορετικοί και διαφορετικοί κι αν εκ πρώτης όψεως μπορεί να θεωρηθούν, ωστόσο, είναι στενά συνδεδεμένοι μεταξύ τους και υπό ορισμένες προϋποθέσεις λαμβάνει χώρα μια μετατροπή από το ένα στο άλλο. Είναι θέμα θερμοδυναμικής μελετήστε αυτές τις αλληλεπιδράσεις που λαμβάνουν χώρα στα συστήματα και οι νόμοι τους, οι οποίοι ισχύουν για όλα τα φυσικά φαινόμενα, εκπληρώνονται αυστηρά αφού Βασίζονται στη συμπεριφορά των μακροσκοπικών συστημάτων, δηλαδή με μεγάλο αριθμό μορίων αντί για μικροσκοπικά που περιλαμβάνουν μειωμένο αριθμό μορίων αυτοί.

Στα Συστήματα όπου η Νόμοι της Θερμοδυναμικής, καλούνται Θερμοδυναμικά Συστήματα.

Θερμοδυναμική δεν λαμβάνει υπόψη το χρόνο μετασχηματισμού. Το ενδιαφέρον σας επικεντρώνεται στις Αρχικές και Τελικές καταστάσεις ενός Συστήματος χωρίς να δείχνει καμία περιέργεια για την ταχύτητα με την οποία συμβαίνει μια τέτοια αλλαγή.

Η Ενέργεια ενός δεδομένου Συστήματος είναι Κινητική, Δυναμική ή και τα δύο ταυτόχρονα. ο Κινητική ενέργεια είναι λόγω της κίνησής τουκαλά να είσαι μοριακό ή του σώματος στο σύνολό του.

Αφ 'ετέρου, Δυνητικός είναι αυτό το είδος ενέργειας που ένα σύστημα κατέχει λόγω της θέσης του, δηλαδή από τη δομή ή τη διαμόρφωσή του σε σχέση με άλλα σώματα.

Το συνολικό ενεργειακό περιεχόμενο οποιουδήποτε συστήματος είναι το άθροισμα των προηγούμενων, και παρόλο που η απόλυτη τιμή του μπορεί να υπολογιστεί λαμβάνοντας υπόψη την περίφημη σχέση Αϊνστάιν E = mC², όπου E είναι η Ενέργεια, m η μάζα και C η ταχύτητα του Φωτός, αυτό το γεγονός είναι ελάχιστα χρήσιμο σε συνηθισμένες θερμοδυναμικές εκτιμήσεις.

Ο λόγος είναι ότι οι Ενέργειες που εμπλέκονται είναι τόσο μεγάλες που οποιαδήποτε αλλαγή σε αυτές ως αποτέλεσμα φυσικών ή χημικών διεργασιών είναι αμελητέα.

Έτσι, οι μεταβολές μάζας που προκύπτουν από αυτές τις μεταφορές είναι ακατόρθωτες, για το λόγο αυτό το Η Θερμοδυναμική προτιμά να αντιμετωπίζει τέτοιες Ενεργειακές διαφορές που είναι μετρήσιμες και εκφράζονται σε διάφορα συστήματα μονάδων.

Για παράδειγμα, η μονάδα του συστήματος μηχανικής, ηλεκτρικής ή θερμικής ενέργειας cgs είναι το Erg. Αυτό του Διεθνούς Συστήματος Μονάδων είναι το Joule ή Ιούλιος. αυτό του αγγλικού συστήματος είναι το Calorie.

ο Η θερμοδυναμική διέπεται από τέσσερις νόμους, βάσει του Νόμου Μηδενισμού.

Μηδενικός νόμος της θερμοδυναμικής

Είναι το απλούστερο και πιο θεμελιώδες από τα τέσσερα, και είναι βασικά μια υπόθεση που λέει:

«Αν ένα σώμα Α βρίσκεται σε θερμική ισορροπία με ένα σώμα Β, και το σώμα Γ βρίσκεται σε ισορροπία με τη σειρά του με το Β, τότε τα Α και Γ βρίσκονται σε ισορροπία».

Πρώτος Νόμος της Θερμοδυναμικής

Ο Πρώτος Νόμος της Θερμοδυναμικής καθιερώνει τη Διατήρηση της Ενέργειας με την προϋπόθεση ότι λέει:

«Η ενέργεια ούτε δημιουργείται ούτε καταστρέφεται, μόνο μεταμορφώνεται».

Αυτός ο νόμος διατυπώνεται λέγοντας ότι για μια δεδομένη ποσότητα μιας μορφής Ενέργειας που εξαφανίζεται, μια άλλη μορφή της θα εμφανιστεί σε ποσότητα ίση με την ποσότητα που έχει εξαφανιστεί.

Θεωρείται ο προορισμός μιας ορισμένης ποσότητας θερμότητα (Q) που προστίθεται στο σύστημα. Το ποσό αυτό θα οδηγήσει σε α αύξηση της εσωτερικής ενέργειας (ΔE) και θα επηρεάσει επίσης ορισμένα εξωτερική εργασία (W) ως συνέπεια της εν λόγω απορρόφησης θερμότητας.

Ισχύει από τον Πρώτο Νόμο:

ΔE + W = Q

Αν και ο Πρώτος Νόμος της Θερμοδυναμικής καθιερώνει τη σχέση μεταξύ απορροφούμενης θερμότητας και εργασίας εκτελείται από ένα σύστημα, δεν υποδεικνύει κανένα περιορισμό στην Πηγή αυτής της θερμότητας ή στην κατεύθυνση της ροή.

Σύμφωνα με τον Πρώτο Νόμο, τίποτα δεν εμποδίζει ότι χωρίς εξωτερική βοήθεια εξάγουμε θερμότητα από τον πάγο για να θερμάνουμε το νερό, με τη θερμοκρασία του πρώτου να είναι χαμηλότερη από αυτή του δεύτερου.

Είναι όμως γνωστό ότι Η ροή θερμότητας έχει τη μόνη κατεύθυνση από την υψηλότερη προς τη χαμηλότερη θερμοκρασία.

Δεύτερος Νόμος της Θερμοδυναμικής

Ο Δεύτερος Νόμος της Θερμοδυναμικής αντιμετωπίζει τις ασυνέπειες του Πρώτου Νόμου και έχει την ακόλουθη υπόθεση:

"Η θερμότητα δεν μετατρέπεται σε Εργασία χωρίς να προκαλεί μόνιμες αλλαγές είτε στα συστήματα που περιλαμβάνονται είτε στη γειτονιά τους."

Η εντροπία είναι το φυσικό μέγεθος που ορίζει τον Δεύτερο Νόμο της Θερμοδυναμικής και εξαρτάται από τις Αρχικές και Τελικές καταστάσεις:

ΔS = S₂ - Σ₁

Η εντροπία της όλης διαδικασίας δίνεται επίσης από:

ΔS = q_r/ Τ

Όντας q_r τη θερμότητα μιας αναστρέψιμης ισοθερμικής διεργασίας και Τ τη Σταθερή Θερμοκρασία.

Τρίτος Νόμος της Θερμοδυναμικής

Αυτός ο νόμος ασχολείται με την Εντροπία των καθαρών κρυσταλλικών ουσιών σε απόλυτο μηδέν θερμοκρασία και η αρχή του είναι:

«Η εντροπία όλων των Καθαρών Κρυσταλλικών Στερεών πρέπει να θεωρείται μηδέν στην Απόλυτη Μηδενική Θερμοκρασία».

Αυτό ισχύει επειδή πειραματικά στοιχεία και θεωρητικά επιχειρήματα δείχνουν ότι η εντροπία υπερψυκτών διαλυμάτων ή υγρών δεν είναι μηδέν στα 0K.

Παραδείγματα Εφαρμογών Θερμοδυναμικής

Ψυγεία οικιακής χρήσης

Ice Factories

ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ

Θερματικά δοχεία για ζεστά ροφήματα

Χύτρες ταχύτητας

Βραστήρες

Σιδηρόδρομοι που κινούνται με καύση άνθρακα

Κλίβανοι τήξης μετάλλων

Το ανθρώπινο σώμα σε αναζήτηση της ομοιόστασης

Τα ρούχα που φοριούνται το χειμώνα κρατούν το σώμα ζεστό