Termodünaamika seadused

The Termodünaamika on vastutav füüsika haru määrata ja mõõta energiaülekande nähtusi, mis hõlmab soojust ja mehaanilisi töid.

Energia

Looduse üks põhilisemaid ilminguid on energia, mis saadab kõiki muutusi ja teisendusi. Seega on nii mitmekesised nähtused nagu kivi kukkumine, piljardikuuli liikumine, kivisöe põletamine või Elusolendite keerukate mehhanismide reaktsioonid ja kõik reaktsioonid hõlmavad kogu organismi mõningast imendumist, emissiooni ja ümberjaotamist Energia.

Kõige tavalisem vorm, milles energia ilmub ja mille poole teised kalduvad, on Kuum. Tema kõrval tekib Mehaaniline energia mis tahes mehhanismi liikumises.

Elektrienergia, kui vool kuumutab juhti või on võimeline tegema mehaanilisi või keemilisi töid. Nähtavale valgusele ja üldiselt kiirgusele omane kiirgusenergia; ja lõpuks kõigisse ainetesse salvestatud keemiline energia, mis avaldub siis, kui need muunduvad.

Nii erinevad ja mitmekesised, kui esmapilgul võib oletada, on nad siiski üksteisega tihedalt seotud ja teatud tingimustel toimub ühest teiseks muutumine.

See on termodünaamika küsimus uurida selliseid süsteemides toimuvaid seoseid ja nende seadused, mis on kohaldatavad kõigi loodusnähtuste suhtes, on rangelt täidetud, kuna Need põhinevad makroskoopiliste süsteemide käitumisel, see tähendab, et mikroskoopiliste molekulide asemel, mis sisaldavad vähendatud arvu nad.

Süsteemidele, kus Termodünaamika seadused, neid nimetatakse Termodünaamilised süsteemid.

Termodünaamika ei arvesta teisendusaega. Teie huvi keskendub alg- ja lõppseisundile ilma et oleks mingit huvi tekitanud sellise muutuse kiirus.

Antud süsteemi energia on samaaegselt kineetiline, potentsiaalne või mõlemad. The Kineetiline energia see on selle liikumise tõttuolgu molekulaarne või keha tervikuna.

Teiselt poolt, Potentsiaal kas selline energia on süsteemil on oma positsiooni tõttu valdus, see tähendab oma struktuuri või konfiguratsiooni järgi teiste kehade suhtes.

Mis tahes süsteemi kogu energiasisaldus on eelmiste summa ja kuigi selle absoluutväärtuse saab arvutada, võttes arvesse kuulsat Einsteini suhet E = mC², kus E on energia, m on mass ja C on valguse kiirus, pole sellest tavalistest termodünaamilistest kaalutlustest palju kasu.

Põhjus on selles, et kaasatud energiad on nii suured, et nende füüsikaliste või keemiliste protsesside tagajärjel toimuvad muutused on tühised.

Seega on nendest ülekannetest tulenevad massimuutused vaieldamatud, nii et Termodünaamika eelistab tegeleda selliste mõõdetavate energiaerinevustega ja neid väljendatakse erinevates ühikute süsteemides.

Näiteks on mehaanilise, elektri- või soojusenergia cgs-süsteemi üksus Erg. Rahvusvaheline ühikute süsteem on Joule või juuli; Inglise süsteemi oma on kalorid.

The Termodünaamikat reguleerivad neli seadust, mis põhineb nullseadusel.

Termodünaamika nullseadus

See on neljast kõige lihtsam ja fundamentaalsem ning see on põhimõtteliselt eeldus, mis ütleb:

"Kui keha A on kehaga B termilises tasakaalus ja keha C on tasakaalus B-ga, siis A ja C on tasakaalus."

Esimene termodünaamika seadus

Esimene termodünaamikaseadus kehtestab energia säästmise eeldusega, et see ütleb:

"Energiat ei looda ega hävitata, see ainult transformeerub."

See seadus on sõnastatud öeldes, et kaduva energiavormi antud koguse jaoks ilmub selle teine ​​vorm koguses, mis on võrdne kadunud kogusega.

Seda peetakse teatud koguse sihtkohaks süsteemile lisati soojus (Q). See summa annab a siseenergia suurenemine (ΔE) ja see avaldab ka teatud mõju välistöö (W) nimetatud soojuse neeldumise tagajärjel.

Seda reguleerib esimene seadus:

ΔE + W = Q

Kuigi esimene termodünaamika seadus kehtestab seose neeldunud soojuse ja töö vahel süsteemi poolt läbi viidud, ei näita selle kuumuse Allikale ega selle suunale mingeid piiranguid voolama.

Esimese seaduse kohaselt ei takista miski, et ilma välise abita eraldame jääst soojust vee soojendamiseks, kusjuures esimese temperatuur on madalam kui teise temperatuur.

Kuid see on teada Soojusvoolul on ainus suund kõrgeimast madalaimani.

Termodünaamika teine ​​seadus

Termodünaamika teine ​​seadus käsitleb esimese seaduse vastuolusid ja sellel on järgmine eeldus:

"Soojus ei muutu tööks, ilma et see põhjustaks püsivaid muudatusi kaasatud süsteemides või nende läheduses."

Entroopia on füüsikaline suurus, mis määrab termodünaamika teise seaduse ning see sõltub alg- ja lõppseisundist:

ΔS = S₂ - S₁

Kogu protsessi entroopia annab ka:

ΔS = q_r/ T

Olles q_r pöörduva isotermilise protsessi kuumus ja T konstantne temperatuur.

Kolmas termodünaamika seadus

See seadus käsitleb puhaste kristalliliste ainete entroopiat absoluutsel nulltemperatuuril ja selle eeldus on:

"Kõigi puhaste kristalliliste tahkete ainete entroopiat tuleb absoluutsel nulltemperatuuril pidada nulliks."

Eeltoodu kehtib, sest eksperimentaalsed tõendid ja teoreetilised argumendid näitavad, et ülijahutatud lahuste või vedelike entroopia ei ole 0K juures null.

Termodünaamika rakenduste näited

Kodused külmikud

Jäätehased

Sisepõlemismootorid

Kuumade jookide termokonteinerid

Survepliidid

Veekeetjad

Raudteed, mis töötavad söe põletamise teel

Metallisulatusahjud

Inimkeha homöostaasi otsimisel

Talvel kantavad riided hoiavad keha soojas