Termodynamiikan lait

 Termodynamiikka on vastuussa oleva fysiikan haara määrittää ja mitata energiansiirtoilmiöitä, joka käsittää lämpö- ja mekaanisen työn.

Energia

Yksi perustavanlaatuisimmista luonnonilmiöistä on energia, joka seuraa kaikkia muutoksia ja muutoksia. Niinpä niin erilaisia ​​ilmiöitä kuin kiven putoaminen, biljardipallon liike, hiilen polttaminen tai ja elävien olentojen monimutkaisten mekanismien reaktiot, kaikki sisältävät jonkin verran elimistön absorboitumista, emissiota ja uudelleenjakoa Energia.

Yleisin muoto, jossa energia näkyy ja johon muut pyrkivät, on Kuuma. Hänen vieressään tapahtuu Mekaaninen energia minkä tahansa mekanismin liikkeessä.

Sähkövoima, kun virta lämmittää johtimen tai pystyy suorittamaan mekaanista tai kemiallista työtä. Näkyvälle valolle ja säteilylle ominainen säteilyenergia; ja lopuksi kaikkiin aineisiin varastoitu kemiallinen energia, joka paljastuu, kun ne suorittavat muunnoksen.

Niin erilaisia ​​ja monipuolisia kuin ensi silmäyksellä niiden oletetaankin olevan, mutta ne ovat kuitenkin läheisesti yhteydessä toisiinsa, ja tietyissä olosuhteissa muuntuminen tapahtuu toisistaan.

Kyse on termodynamiikasta tutkia sellaisia ​​järjestelmissä esiintyviä keskinäisiä suhteita, ja niiden lait, joita voidaan soveltaa kaikkiin luonnonilmiöihin, täyttyvät tiukasti, koska Ne perustuvat makroskooppisten järjestelmien käyttäytymiseen, toisin sanoen suurella määrällä molekyylejä mikroskooppisten molekyylien sijaan, jotka käsittävät pienemmän määrän ne.

Järjestelmiin, joissa Termodynamiikan lait, niitä kutsutaan Termodynaamiset järjestelmät.

Termodynamiikka ei ota huomioon muunnosaikaa. Sinun kiinnostuksesi keskittyy alkutilaan ja lopputilaan järjestelmän osoittamatta mitään uteliaisuutta tällaisen muutoksen nopeudesta.

Tietyn järjestelmän energia on kineettistä, potentiaalista tai molempia samanaikaisesti. Kineettinen energia se on sen liikkeen vuoksihyvin molekyylin tai koko kehon.

Toisaalta, Mahdollisuudet on sellaista energiaa järjestelmällä on asema sen perusteella, ts. sen rakenteen tai kokoonpanon mukaan suhteessa muihin kappaleisiin.

Minkä tahansa järjestelmän kokonaisenergiasisältö on edellisten summa, ja vaikka sen absoluuttinen arvo voidaan laskea ottaen huomioon kuuluisa Einstein-suhde E = mC², missä E on energia, m on massa ja C on valon nopeus, tästä tosiasiasta ei ole juurikaan hyötyä tavallisissa termodynaamisissa näkökohdissa.

Syynä on, että mukana olevat energiat ovat niin suuria, että kaikki fyysisten tai kemiallisten prosessien seurauksena tapahtuvat muutokset ovat merkityksettömiä.

Siten näiden siirtojen aiheuttamat massamuutokset ovat uskomattomia, joten Termodynamiikka käsittelee mieluummin sellaisia ​​energiaeroja, jotka ovat mitattavissa ja ne ilmaistaan ​​erilaisissa yksikköjärjestelmissä.

Esimerkiksi mekaanisen, sähköisen tai lämpöenergian hallintajärjestelmän yksikkö on Erg. Kansainvälisen mittayksikön järjestelmä on Joule tai heinäkuu; englantilaisen järjestelmän kalori.

 Termodynamiikkaa säätelevät neljä lakia, joka perustuu nollalakiin.

Termodynamiikan nolla laki

Se on yksinkertaisin ja perustavanlaatuisin neljästä, ja se on pohjimmiltaan lähtökohta, joka sanoo:

"Jos runko A on lämpötasapainossa rungon B kanssa ja runko C on tasapainossa B: n kanssa, niin A ja C ovat tasapainossa."

Ensimmäinen termodynamiikan laki

Ensimmäinen termodynamiikan laki perustaa energiansäästön olettaen, että se sanoo:

"Energiaa ei luoda eikä tuhota, se vain muuttuu."

Tämä laki on muotoiltu sanomalla, että tietylle energiamuodon määrälle, joka katoaa, esiintyy sen toinen muoto määränä, joka on yhtä suuri kuin kadonnut määrä.

Sitä pidetään tietyn määrän lämpöä (Q) lisättiin järjestelmään. Tämä määrä johtaa a sisäisen energian kasvu (ΔE) ja se vaikuttaa myös varmasti ulkoinen työ (W) mainitun lämmön imeytymisen seurauksena.

Sitä hallitsee ensimmäinen laki:

ΔE + W = Q

Vaikka ensimmäinen termodynamiikan laki muodostaa suhteen absorboidun lämmön ja työn välillä järjestelmän suorittama, ei osoita mitään rajoituksia tämän lämmön lähteelle tai sen suuntaan virtaus.

Ensimmäisen lain mukaan mikään ei estä sitä, että ilman ulkoista apua otamme jäästä lämpöä veden lämmittämiseen, ensimmäisen lämpötilan ollessa matalampi kuin jälkimmäisen.

Mutta tiedetään se Lämmön virtauksella on ainoa suunta korkeimmasta alimpaan lämpötilaan.

Toinen termodynamiikan laki

Termodynamiikan toinen laki käsittelee ensimmäisen lain epäjohdonmukaisuuksia ja sillä on seuraava lähtökohta:

"Lämpö ei muutu työksi ilman pysyviä muutoksia joko mukana olevissa järjestelmissä tai niiden läheisyydessä."

Entropia on fysikaalinen määrä, joka määrittää toisen termodynamiikan lain, ja se riippuu alku- ja lopputiloista:

ΔS = S₂ - S₁

Koko prosessin entropian antaa myös:

ΔS = q_r/ T

Olla q_r palautuvan isotermisen prosessin lämpö ja T vakiolämpötila.

Kolmas termodynamiikan laki

Tämä laki käsittelee puhtaiden kiteisten aineiden entropiaa absoluuttisessa nollalämpötilassa, ja sen lähtökohta on:

"Kaikkien puhtaiden kiteisten kiinteiden aineiden entropiaa on pidettävä nollana absoluuttisessa nollalämpötilassa."

Tämä pätee, koska kokeelliset todisteet ja teoreettiset argumentit osoittavat, että ylijäähdytettyjen liuosten tai nesteiden entropia ei ole nolla 0 K: ssa.

Esimerkkejä termodynamiikan sovelluksista

Kotimaiset jääkaapit

Jäätehtaat

Polttomoottorit

Lämpösäiliöt kuumille juomille

Painekeitin

Vedenkeittimet

Hiilen polttamalla toimivat rautatiet

Metallien sulatusuunit

Ihmiskeho etsivät homeostaasia

Talvella käytetyt vaatteet pitävät kehon lämpimänä