Hukum Termodinamika

NS Termodinamika adalah Cabang Fisika yang membidangi menentukan dan mengukur fenomena Transfer Energi, meliputi Panas dan Kerja Mekanik.

Energi

Salah satu manifestasi alam yang paling mendasar adalah energi yang menyertai semua perubahan dan transformasi. Dengan demikian, fenomena yang beragam seperti jatuhnya batu, pergerakan bola bilyar, pembakaran batu bara, atau pertumbuhan dan reaksi dari mekanisme kompleks makhluk hidup, semuanya terdiri dari beberapa penyerapan, emisi dan redistribusi dari Energi.

Bentuk paling umum di mana Energi muncul dan ke arah mana orang lain cenderung, adalah Panas. Di sebelahnya terjadi Energi mekanik dalam pergerakan mekanisme apa pun.

Energi Listrik ketika arus memanaskan konduktor atau mampu melakukan pekerjaan mekanis atau kimia. Energi radiasi yang melekat pada cahaya tampak dan radiasi pada umumnya; dan akhirnya Energi Kimia yang tersimpan dalam semua zat, yang terungkap ketika mereka melakukan transformasi.

Betapapun berbeda dan beragamnya mereka mungkin dianggap sekilas, namun, mereka terkait erat satu sama lain, dan dalam kondisi tertentu terjadi konversi dari satu ke yang lain.

Ini adalah masalah termodinamika mempelajari hubungan timbal balik seperti itu yang terjadi dalam sistem, dan hukumnya, yang berlaku untuk semua fenomena alam, dipenuhi dengan ketat sejak Mereka didasarkan pada perilaku sistem makroskopik, yaitu dengan sejumlah besar molekul, bukan mikroskopis yang terdiri dari jumlah molekul yang berkurang. mereka.

Ke Sistem di mana Hukum Termodinamika, mereka disebut Sistem Termodinamika.

Termodinamika tidak mempertimbangkan waktu transformasi. Minat Anda berfokus pada keadaan Awal dan Akhir dari Sistem tanpa menunjukkan rasa ingin tahu tentang kecepatan perubahan tersebut terjadi.

Energi Sistem yang diberikan adalah Kinetik, Potensial atau keduanya pada saat yang bersamaan. NS Energi kinetik ini karena gerakannyabaiklah molekuler atau tubuh secara keseluruhan.

Di samping itu, Potensi apakah jenis energi itu? yang dimiliki sistem berdasarkan posisinya, yaitu, dengan struktur atau konfigurasinya terhadap badan lain.

Kandungan Energi total dari sistem apa pun adalah jumlah dari yang sebelumnya, dan meskipun nilai absolutnya dapat dihitung dengan mempertimbangkan hubungan Einstein yang terkenal E = mC², di mana E adalah Energi, m massa, dan C kecepatan Cahaya, fakta ini tidak banyak digunakan dalam pertimbangan termodinamika biasa.

Alasannya adalah bahwa Energi yang terlibat begitu besar sehingga setiap perubahan di dalamnya sebagai akibat dari proses fisik atau kimia dapat diabaikan.

Dengan demikian, perubahan massa yang dihasilkan dari transfer tersebut tidak dapat dibayangkan, oleh karena itu: Termodinamika lebih suka berurusan dengan perbedaan Energi seperti itu yang dapat diukur dan dinyatakan dalam berbagai sistem satuan.

Misalnya, satuan cgs Sistem Energi Mekanik, Elektrikal, atau Panas adalah Erg. Sistem Satuan Internasional adalah Joule atau Juli; bahwa dari Sistem Inggris adalah Kalori.

NS Termodinamika diatur oleh empat Hukum, berdasarkan Hukum Nol.

Hukum nol termodinamika

Ini adalah yang paling sederhana dan paling mendasar dari keempatnya, dan pada dasarnya adalah premis yang mengatakan:

"Jika benda A berada dalam kesetimbangan termal dengan benda B, dan benda C berada dalam kesetimbangan dengan B, maka A dan C berada dalam kesetimbangan."

Hukum Pertama Termodinamika

Hukum Pertama Termodinamika menetapkan Kekekalan Energi dengan premis yang berbunyi:

"Energi tidak diciptakan atau dimusnahkan, ia hanya berubah."

Hukum ini dirumuskan dengan mengatakan bahwa untuk suatu kuantitas tertentu dari suatu bentuk Energi yang menghilang, bentuk lain darinya akan muncul dalam jumlah yang sama dengan kuantitas yang telah hilang.

Itu dianggap sebagai tujuan sejumlah kalor (Q) ditambahkan ke sistem. Jumlah ini akan menimbulkan peningkatan energi dalam (ΔE) dan itu juga akan mempengaruhi tertentu kerja luar (W) sebagai akibat dari penyerapan panas tersebut.

Itu dipegang oleh Hukum Pertama:

E + W = Q

Meskipun Hukum Pertama Termodinamika menetapkan hubungan antara panas yang diserap dan kerja dilakukan oleh suatu sistem, tidak menunjukkan pembatasan pada Sumber panas ini atau arahnya mengalir.

Menurut Hukum Pertama, tidak ada yang mencegah bahwa tanpa bantuan eksternal kita mengekstrak panas dari es untuk memanaskan air, suhu yang pertama lebih rendah daripada yang terakhir.

Tapi diketahui bahwa Aliran panas memiliki satu-satunya arah dari suhu tertinggi ke suhu terendah.

Hukum Kedua Termodinamika

Hukum Kedua Termodinamika membahas inkonsistensi Hukum Pertama, dan membawa premis berikut:

"Panas tidak diubah menjadi Kerja tanpa menghasilkan perubahan permanen baik dalam sistem yang disertakan atau di sekitarnya."

Entropi adalah kuantitas fisik yang mendefinisikan Hukum Kedua Termodinamika, dan itu tergantung pada keadaan Awal dan Akhir:

S = S₂ - S₁

Entropi seluruh proses juga diberikan oleh:

S = q_R/ T

Menjadi q_R panas dari proses isotermal reversibel dan T Suhu Konstan.

Hukum Ketiga Termodinamika

Hukum ini berkaitan dengan Entropi zat Kristal murni pada Suhu Nol Mutlak, dan premisnya adalah:

"Entropi dari semua Padatan Kristal Murni harus dianggap nol pada Suhu Nol Absolut."

Ini valid karena bukti eksperimental dan argumen teoretis menunjukkan bahwa entropi larutan atau cairan yang sangat dingin tidak nol pada 0K.

Contoh Aplikasi Termodinamika

Kulkas domestik

Pabrik Es

Mesin pembakaran internal

Wadah termal untuk minuman panas

Pemasak Bertekanan

ketel

Kereta api yang ditenagai oleh pembakaran batu bara

Tungku peleburan logam

Tubuh Manusia Mencari Homeostasis

Pakaian yang dikenakan di musim dingin membuat tubuh tetap hangat