熱力学の法則

NS 熱力学 担当する物理学の支部です エネルギー移動現象を決定および測定する、熱および機械的作業を含みます。

エネルギー

自然の最も基本的な兆候の1つは、すべての変化と変化に伴うエネルギーです。 したがって、石の落下、ビリヤードボールの動き、石炭の燃焼、または成長など、さまざまな現象が発生します。 生物の複雑なメカニズムの反応はすべて、吸収、放出、再分配を含みます。 エネルギー。

エネルギーが現れ、他の人が向かう傾向がある最も一般的な形は、 ホット. 彼の隣に発生します 力学的エネルギー あらゆるメカニズムの動きで。

電流が導体を加熱するとき、または機械的または化学的作業を実行できるときの電気エネルギー。 一般に可視光と放射線に固有の放射エネルギー。 そして最後に、すべての物質に蓄積された化学エネルギー。これは、変換を実行すると明らかになります。

一見したところ、異なっていて多様であると思われるかもしれませんが、それらは互いに密接に関連しており、特定の条件下では、一方から他方への変換が行われます。 それは熱力学の問題です システムで起こるそのような相互関係を研究し、すべての自然現象に適用されるそれらの法則は、 それらは、巨視的なシステムの振る舞いに基づいています。つまり、分子の数が少ない微視的な分子ではなく、分子の数が多いということです。 彼ら。

システムへ 熱力学の法則、 という 熱力学システム.

熱力学 変換時間を考慮しません. あなたの興味 初期状態と最終状態に焦点を当てます そのような変化が起こる速度についての好奇心を示さずにシステムの。

特定のシステムのエネルギーは、同時に運動エネルギー、ポテンシャルエネルギー、またはその両方です。 NS 運動エネルギー それは その動きのためによくある 分子または体全体.

一方で、 潜在的 そのようなエネルギーは システムはその位置のおかげで所有しています、つまり、他のボディに対するその構造または構成によって。

すべてのシステムの総エネルギー量は前のシステムの合計であり、その絶対値は有名なアインシュタインの関係式E = mCを考慮して計算できますが²、ここで、Eはエネルギー、mは質量、Cは光速です。この事実は、通常の熱力学的考察ではほとんど役に立ちません。

その理由は、関係するエネルギーが非常に大きいため、物理的または化学的プロセスの結果としてのエネルギーの変化はごくわずかであるためです。

したがって、これらの転送に起因する質量の変化は信じられないほどです。そのため、 熱力学は、測定可能なそのようなエネルギー差に対処することを好みます さまざまな単位系で表されます。

たとえば、機械的、電気的、または熱エネルギーのcgsシステムの単位はErgです。 国際単位系のそれはジュールまたは7月です。 イギリスのシステムのそれはカロリーです。

NS 熱力学は4つの法則によって支配されています、ゼロ法則に基づいています。

熱力学のゼロ法則

これは4つの中で最も単純で最も基本的なものであり、基本的に次のような前提になっています。

「物体Aが物体Bと熱平衡状態にあり、物体CがBと順番に平衡状態にある場合、AとCは平衡状態にあります。」

熱力学の第一法則

熱力学の第1法則は、次のことを前提としてエネルギー保存の法則を確立しています。

「エネルギーは生成も破壊もされません。それは変化するだけです。」

この法則は、ある形のエネルギーが消えると、別の形が消えた量と同じ量で現れるということで定式化されています。

一定量の行き先とされています システムに追加された熱（Q）. この量は、 内部エネルギーの増加（ΔE） そしてそれはまた特定の影響を及ぼします 外部作業（W） 上記の熱吸収の結果として。

それは第一法によって保持されています：

ΔE+ W = Q

熱力学の第1法則は、吸収された熱と仕事の関係を確立しますが システムによって実行され、この熱の発生源またはその方向に対する制限を示すものではありません フロー。

第一法則によれば、外部の助けがなければ、氷から熱を抽出して水を加熱することを妨げるものは何もありません。前者の温度は後者の温度よりも低くなります。

しかし、それは知られています 熱流は、最高温度から最低温度への唯一の方向を持っています。

熱力学の第二法則

熱力学の第2法則は、第1法則の矛盾に対処し、次の前提を持っています。

「熱は、含まれているシステムまたはその周辺のいずれかに恒久的な変化をもたらすことなく、仕事に変換されません。」

エントロピーは、熱力学の第二法則を定義する物理量であり、初期状態と最終状態によって異なります。

ΔS= S₂ - NS₁

プロセス全体のエントロピーも次の式で与えられます。

ΔS= q_NS/ NS

qであること_NS 可逆等温プロセスの熱とT一定温度。

熱力学の第三法則

この法則は、絶対零度での純粋な結晶性物質のエントロピーを扱い、その前提は次のとおりです。

「すべての純粋な結晶性固体のエントロピーは、絶対零度でゼロと見なす必要があります。」

実験的証拠と理論的議論は、過冷却溶液または液体のエントロピーが0Kでゼロではないことを示しているため、これは有効です。

熱力学の応用例

家庭用冷蔵庫

製氷工場

内燃エンジン

ホットドリンク用サーマルコンテナ

圧力鍋

やかん

石炭燃焼を動力源とする鉄道

金属製錬炉

恒常性を求めて人体

冬に着る服は体を暖かく保ちます