Νόμοι της Θερμοδυναμικής

ο Θερμοδυναμική είναι ο κλάδος της Φυσικής που είναι υπεύθυνος προσδιορισμός και μέτρηση φαινομένων μεταφοράς ενέργειας, που περιλαμβάνει θερμότητα και μηχανική εργασία.

Ενέργεια

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

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

Ηλεκτρική ισχύς όταν ένα ρεύμα θερμαίνει έναν αγωγό ή είναι ικανό να εκτελεί μηχανικές ή χημικές εργασίες. Ακτινοβόλη ενέργεια εγγενής στο ορατό φως και την ακτινοβολία γενικά. και τέλος η Χημική Ενέργεια αποθηκεύεται σε όλες τις ουσίες, η οποία αποκαλύπτεται όταν πραγματοποιούν μετασχηματισμό.

Όσο διαφορετικοί και διαφορετικοί με την πρώτη ματιά μπορούν να υποτεθούν, ωστόσο, συνδέονται στενά μεταξύ τους, και υπό ορισμένες συνθήκες πραγματοποιείται μετατροπή από τη μία στην άλλη. Είναι θέμα θερμοδυναμικής να μελετήσουν τέτοιες σχέσεις που συμβαίνουν σε συστήματα και οι νόμοι τους, που ισχύουν για όλα τα φυσικά φαινόμενα, εκπληρώνονται αυστηρά από Βασίζονται στη συμπεριφορά των μακροσκοπικών συστημάτων, δηλαδή με μεγάλο αριθμό μορίων αντί μικροσκοπικών που περιλαμβάνουν μειωμένο αριθμό αυτοί.

Στα συστήματα όπου το Νόμοι της Θερμοδυναμικής, καλούνται Θερμοδυναμικά συστήματα.

Θερμοδυναμική δεν λαμβάνει υπόψη τον χρόνο μετασχηματισμού. Το ενδιαφέρον σας εστιάζει στις αρχικές και τελικές καταστάσεις ενός Συστήματος χωρίς να δείχνει καμία περιέργεια για την ταχύτητα με την οποία συμβαίνει αυτή η αλλαγή.

Η Ενέργεια ενός δεδομένου Συστήματος είναι Κινητική, Δυναμική ή και τα δύο ταυτόχρονα. ο Κινητική ενέργεια είναι λόγω της κίνησής τουκαλά μοριακό ή ολόκληρο το σώμα.

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

Το συνολικό ενεργειακό περιεχόμενο οποιουδήποτε συστήματος είναι το άθροισμα των προηγούμενων, και παρόλο που η απόλυτη τιμή του μπορεί να υπολογιστεί λαμβάνοντας υπόψη τη διάσημη σχέση Einstein E = mC², όπου το E είναι Ενέργεια, το m είναι μάζα και το C είναι η ταχύτητα του Φωτός, αυτό το γεγονός είναι ελάχιστης χρήσης σε συνηθισμένες θερμοδυναμικές παραμέτρους.

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

Έτσι, οι μαζικές αλλαγές που προκύπτουν από αυτές τις μεταφορές είναι απαράδεκτες, έτσι 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 η Erg. Αυτό του Διεθνούς Συστήματος Μονάδων είναι το Joule ή τον Ιούλιο. αυτό του αγγλικού συστήματος είναι η θερμίδα.

ο Η θερμοδυναμική διέπεται από τέσσερις νόμους, βάσει του μηδενικού νόμου.

Μηδενικός νόμος θερμοδυναμικής

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

"Εάν ένα σώμα Α βρίσκεται σε θερμική ισορροπία με το σώμα Β και το σώμα Γ βρίσκεται σε ισορροπία με το Β, τότε τα Α και Γ βρίσκονται σε ισορροπία."

Πρώτος Νόμος Θερμοδυναμικής

Ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής καθορίζει τη διατήρηση της ενέργειας με την προϋπόθεση ότι λέει:

«Η ενέργεια δεν δημιουργείται ούτε καταστρέφεται, αλλάζει μόνο».

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

Θεωρείται προορισμός ορισμένου ποσού προστέθηκε θερμότητα (Q) στο σύστημα. Αυτό το ποσό θα οδηγήσει σε ένα αύξηση της εσωτερικής ενέργειας (ΔΕ) και θα επηρεάσει επίσης ορισμένα εξωτερική εργασία (W) ως συνέπεια της εν λόγω απορρόφησης θερμότητας.

Διατηρείται από τον Πρώτο Νόμο:

ΔE + W = Q

Αν και ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής καθορίζει τη σχέση μεταξύ απορροφούμενης θερμότητας και εργασίας εκτελείται από ένα σύστημα, δεν υποδεικνύει κανέναν περιορισμό στην πηγή αυτής της θερμότητας ή προς την κατεύθυνση της ροή.

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

Αλλά είναι γνωστό ότι Η ροή θερμότητας έχει τη μόνη κατεύθυνση από την υψηλότερη έως 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 παράγει μόνιμες αλλαγές είτε στα συστήματα που περιλαμβάνονται είτε στην περιοχή τους."

Η εντροπία είναι η φυσική ποσότητα που καθορίζει τον δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής και εξαρτάται από τις αρχικές και τελικές καταστάσεις:

ΔS = S₂ - Σ₁

Η Εντροπία ολόκληρης της διαδικασίας δίνεται επίσης από:

ΔS = q_ρ/ Τ

Όντας q_ρ η θερμότητα μιας αναστρέψιμης ισοθερμικής διαδικασίας και η σταθερή θερμοκρασία.

Τρίτος νόμος της θερμοδυναμικής

Αυτός ο νόμος ασχολείται με την Εντροπία καθαρών κρυσταλλικών ουσιών σε Απόλυτη Μηδενική Θερμοκρασία και η προϋπόθεση του είναι:

"Η εντροπία όλων των καθαρών κρυσταλλικών στερεών πρέπει να θεωρείται μηδενική σε απόλυτη μηδενική θερμοκρασία."

Τα παραπάνω ισχύουν επειδή πειραματικά στοιχεία και θεωρητικά επιχειρήματα δείχνουν ότι η εντροπία υπερψυκτικών διαλυμάτων ή υγρών δεν είναι μηδέν στα 0Κ.

Παραδείγματα Εφαρμογών Θερμοδυναμικής

Οικιακά ψυγεία

Εργοστάσια πάγου

ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ

Θερμικά δοχεία για ζεστά ροφήματα

Χύτρες ταχύτητας

Βραστήρες

Σιδηρόδρομοι με καύση άνθρακα

Μεταλλικοί κάμινοι

Το ανθρώπινο σώμα στην αναζήτηση της ομοιόστασης

Τα ρούχα που φοριούνται το χειμώνα διατηρούν το σώμα ζεστό