თერმოდინამიკის კანონები

 თერმოდინამიკა არის ფიზიკის ფილიალი, რომელსაც ევალება ენერგიის გადაცემის მოვლენების განსაზღვრა და გაზომვამოიცავს სითბოს და მექანიკურ სამუშაოებს.

ენერგია

ბუნების ერთ-ერთი ყველაზე ფუნდამენტური გამოვლინებაა ენერგია, რომელიც თან ახლავს ყველა ცვლილებას და გარდაქმნას. ამრიგად, ისეთი მრავალფეროვანი მოვლენები, როგორიცაა ქვის დაცემა, ბილიარდის ბურთის მოძრაობა, ნახშირის წვა ან ზრდა და ცოცხალი არსების რთული მექანიზმების რეაქციები, ყველა მოიცავს გარკვეულ შეწოვას, ემისიას და გადანაწილებას ენერგია

ყველაზე გავრცელებული ფორმა, რომელშიც ენერგია ჩნდება და რომლისკენაც სხვები მიდიან, არის Ცხელი. მის გვერდით ხდება მექანიკური ენერგია ნებისმიერი მექანიზმის მოძრაობაში.

ელექტროენერგია, როდესაც მიმდინარეობა აცხელებს კონდუქტორს ან შეუძლია შეასრულოს მექანიკური ან ქიმიური სამუშაოები. გამოსხივებული ენერგია, რომელიც ხილული სინათლისა და ზოგადად რადიაციისთვის არის დამახასიათებელი; და ბოლოს, ყველა ნივთიერებაში შენახული ქიმიური ენერგია, რომელიც ვლინდება ტრანსფორმაციის განხორციელებისას.

რაც შეიძლება ერთი შეხედვით განსხვავებული და მრავალფეროვანი იყოს სავარაუდო, ისინი მჭიდრო კავშირშია ერთმანეთთან და გარკვეულ პირობებში ხდება გადაკეთება ერთიდან მეორეში.

ეს თერმოდინამიკის საკითხია შეისწავლეთ ისეთი ურთიერთკავშირი, რომლებიც ხდება სისტემებში და მათი კანონები, რომლებიც გამოიყენება ყველა ბუნებრივი მოვლენისთვის, მკაცრად შესრულებულია ისინი ემყარება მაკროსკოპული სისტემების ქცევას, ანუ დიდი რაოდენობით მოლეკულების ნაცვლად მიკროსკოპული, რომლებიც შეადგენენ შემცირებულ რაოდენობას ისინი

სისტემებისკენ, სადაც თერმოდინამიკის კანონები, მათ უწოდებენ თერმოდინამიკური სისტემები.

თერმოდინამიკა არ ითვალისწინებს ტრანსფორმაციის დროს. თქვენი ინტერესი ყურადღებას ამახვილებს საწყის და საბოლოო სახელმწიფოებზე სისტემის გარეშე რაიმე ცნობისმოყვარეობის გამოვლენისას სიჩქარე, რომლითაც ხდება ასეთი ცვლილება.

მოცემული სისტემის ენერგია არის კინეტიკური, პოტენციური ან ერთდროულად. Კინეტიკური ენერგია ეს არის მისი მოძრაობის გამოკარგად იყოს მოლეკულური ან მთლიანად სხეულის.

Მეორეს მხრივ, პოტენციური არის ასეთი ენერგია სისტემას გააჩნია თავისი პოზიცია, ეს არის მისი სტრუქტურა ან კონფიგურაცია სხვა ორგანოებთან მიმართებაში.

ნებისმიერი სისტემის მთლიანი ენერგიის შემცველობა წინა სისტემების ჯამია, თუმცა მისი აბსოლუტური მნიშვნელობის გამოთვლა შესაძლებელია აინშტაინის ცნობილი მიმართების E = mC გათვალისწინებით.², სადაც E არის ენერგია, m არის მასა და C არის სინათლის სიჩქარე, ეს ფაქტი ნაკლებად გამოდგება ჩვეულებრივ თერმოდინამიკურ მოსაზრებებში.

მიზეზი არის ის, რომ ჩართული ენერგიები იმდენად დიდია, რომ ფიზიკური ან ქიმიური პროცესების შედეგად მათში ნებისმიერი ცვლილება უმნიშვნელოა.

ამრიგად, იმ მასალების ცვლილებები, რომლებიც გამოწვეულია ამ გადარიცხვებით, გაუსაძლისია, ამიტომ თერმოდინამიკა ამჯობინებს გაუმკლავდეს ენერგიის ისეთ სხვაობებს, რომლებიც გაზომულია და გამოხატულია ერთეულების სხვადასხვა სისტემაში.

მაგალითად, cgs მექანიკური, ელექტრული ან თერმული ენერგიის სისტემის ერთეული არის Erg. ერთეულების საერთაშორისო სისტემისაა ჯული ან ივლისი; ინგლისური სისტემის არის კალორია.

 თერმოდინამიკას მართავს ოთხი კანონი, ნულოვანი კანონის საფუძველზე.

თერმოდინამიკის ნულოვანი კანონი

ეს არის უმარტივესი და ფუნდამენტური ოთხიდან და ძირითადად ეს არის წინაპირობა, რომელშიც ნათქვამია:

”თუ A სხეული თერმულ წონასწორობაშია B კორპუსთან და C სხეული B წონასწორობაშია, მაშინ A და C არიან წონასწორობაში”.

თერმოდინამიკის პირველი კანონი

თერმოდინამიკის პირველი კანონი ადგენს ენერგიის დაზოგვას იმ წინაპირობით, სადაც ნათქვამია:

”ენერგია არც იქმნება და არც განადგურებულია, ის მხოლოდ გარდაქმნის”.

ეს კანონი ჩამოყალიბებულია იმით, რომ ენერგიის ფორმის მოცემული რაოდენობისთვის, რომელიც ქრება, მისი სხვა ფორმა გამოჩნდება გაუჩინარებული რაოდენობის ტოლი რაოდენობით.

ითვლება გარკვეული რაოდენობის დანიშნულების ადგილი სითბოს (Q) დაემატა სისტემა. ეს თანხა წარმოშობს ა შინაგანი ენერგიის ზრდა (ΔE) და ეს ასევე იმოქმედებს გარკვეული გარე სამუშაო (W) აღნიშნული სითბოს შეწოვის შედეგად.

მას ატარებს პირველი კანონი:

ΔE + W = Q

მიუხედავად იმისა, რომ თერმოდინამიკის პირველი კანონი ადგენს ურთიერთკავშირს შეწოულ სითბოს და მუშაობას შორის სისტემის მიერ შესრულებული, არ მიუთითებს რაიმე შეზღუდვაზე ამ სითბოს წყაროზე ან მისი მიმართულებით დინება

პირველი კანონის თანახმად, არაფერი უშლის ხელს, რომ გარე დახმარების გარეშე, ჩვენ ყინულისგან სითბოს გამოვყოფთ წყლის გასათბობად, პირველი ტემპერატურა უფრო დაბალია, ვიდრე ამ უკანასკნელის.

მაგრამ ცნობილია რომ სითბოს დინებას აქვს ერთადერთი მიმართულება ყველაზე მაღალიდან ყველაზე დაბალ ტემპერატურამდე.

თერმოდინამიკის მეორე კანონი

თერმოდინამიკის მეორე კანონი ეხება პირველი კანონის შეუსაბამობებს და შეიცავს შემდეგ პირობას:

"სითბო არ გარდაიქმნება სამუშაოში მუდმივი ცვლილებების გარეშე, არც სისტემებში, არც მათ სიახლოვეს."

ენტროპია არის ფიზიკური სიდიდე, რომელიც განსაზღვრავს თერმოდინამიკის მეორე კანონს და ეს დამოკიდებულია საწყის და საბოლოო მდგომარეობებზე:

ΔS = S₂ - ს₁

მთელი პროცესის ენტროპიას ასევე იძლევა:

ΔS = q_რ/ ტ

მყოფი q_რ შექცევადი იზოთერმული პროცესის სითბო და T მუდმივი ტემპერატურა.

თერმოდინამიკის მესამე კანონი

ეს კანონი ეხება სუფთა კრისტალური ნივთიერებების ენტროპიას აბსოლუტურ ნულოვან ტემპერატურაზე და მისი წინაპირობაა:

"ყველა სუფთა კრისტალური მყარი ნივთიერების ენტროპი უნდა ჩაითვალოს ნულოვან დონეზე აბსოლუტურ ნულოვან ტემპერატურაზე".

ეს მართებულია, რადგან ექსპერიმენტული მტკიცებულებები და თეორიული არგუმენტები აჩვენებს, რომ სუპერგრილებული ხსნარების ან სითხეების ენტროპი არ არის ნულოვანი 0K- ზე.

თერმოდინამიკის გამოყენების მაგალითები

შიდა მაცივრები

ყინულის ქარხნები

შიდა წვის ძრავები

თერმული კონტეინერები ცხელი სასმელებისთვის

წნევის გაზქურები

ქვაბები

რკინიგზა იკვებება ნახშირის დაწვით

ლითონის დნობის ღუმელები

ადამიანის სხეული ჰომეოსტაზის ძიებაში

ზამთარში ნახმარი სხეული სითბოს ინარჩუნებს