Termodinamikos dėsniai

The Termodinamika yra fizikos šaka, kuri yra atsakinga už nustatyti ir išmatuoti Energijos perdavimo reiškinius, apimantis šilumą ir mechaninius darbus.

Energija

Viena iš esminių gamtos apraiškų yra energija, kuri lydi visus pokyčius ir virsmus. Taigi tokie įvairūs reiškiniai kaip akmens kritimas, biliardo kamuolio judėjimas, anglių degimas ar augimas. ir sudėtingų gyvų būtybių mechanizmų reakcijos, visos apima tam tikrą absorbciją, emisiją ir perskirstymą. Energija.

Dažniausia forma, kuria atsiranda energija ir į kurią linksta kiti, yra Karšta. Šalia jo atsiranda Mechaninė energija judant bet kokiam mechanizmui.

Elektros energija, kai srovė šildo laidininką arba gali atlikti mechaninį ar cheminį darbą. Spinduliavimo energija, būdinga matomai šviesai ir radiacijai apskritai; ir galiausiai visose medžiagose sukaupta cheminė energija, kuri atsiskleidžia joms vykdant transformaciją.

Kad ir kaip iš pirmo žvilgsnio būtų galima manyti, kad jie yra skirtingi ir įvairūs, jie yra glaudžiai susiję vienas su kitu ir tam tikromis sąlygomis įvyksta konversija iš vienos į kitą.

Tai termodinamikos reikalas tirti tokius sistemose vykstančius tarpusavio ryšius, o jų dėsniai, taikomi visiems gamtos reiškiniams, yra griežtai vykdomi, nes Jie pagrįsti makroskopinių sistemų elgesiu, ty daugybe molekulių, o ne mikroskopinėmis, kurios sudaro mažesnį skaičių. jie.

Į sistemas, kuriose Termodinamikos dėsniai, jie vadinami Termodinaminės sistemos.

Termodinamika neatsižvelgia į transformacijos laiką. Jūsų susidomėjimas dėmesys sutelkiamas į pradinę ir galutinę būsenas nerodant jokio smalsumo, kokiu greičiu tokie pokyčiai vyksta.

Tam tikros sistemos energija yra kinetinė, potenciali arba abi vienu metu. The Kinetinė energija tai yra dėl jo judėjimogerai molekulinės ar viso kūno.

Iš kitos pusės, Potencialus ar tokia energija sistema turi dėl savo padėtiesty pagal savo struktūrą arba konfigūraciją kitų kūnų atžvilgiu.

Bendras bet kurios sistemos energijos kiekis yra ankstesnių suma, ir nors jos absoliučią vertę galima apskaičiuoti atsižvelgiant į garsųjį Einšteino santykį E = mC², kur E yra energija, m masė ir C šviesos greitis, šis faktas yra mažai naudingas įprastais termodinaminiais svarstymais.

Priežastis ta, kad dalyvaujančios energijos yra tokios didelės, kad bet koks jos pokytis dėl fizinių ar cheminių procesų yra nereikšmingas.

Taigi masiniai pokyčiai, atsirandantys dėl šių perkėlimų, yra nepastebimi, dėl šios priežasties Termodinamika nori susidoroti su tokiais energijos skirtumais, kuriuos galima išmatuoti ir išreiškiami įvairiomis vienetų sistemomis.

Pavyzdžiui, cgs mechaninės, elektros arba šiluminės energijos sistemos vienetas yra Erg. Tarptautinė vienetų sistema yra Džaulis arba liepa; kad anglų sistemos yra kalorijų.

The Termodinamiką valdo keturi dėsniai, remiantis nuliniu įstatymu.

Nulinis termodinamikos dėsnis

Tai yra paprasčiausias ir esminis iš keturių, ir iš esmės tai yra prielaida, kuri sako:

"Jei kūnas A yra šiluminėje pusiausvyroje su kūnu B, o kūnas C yra pusiausvyroje su B, tada A ir C yra pusiausvyroje."

Pirmasis termodinamikos dėsnis

Pirmasis termodinamikos dėsnis nustato energijos išsaugojimą su prielaida, kad jis sako:

„Energija nėra nei kuriama, nei sunaikinama, ji tik transformuojasi“.

Šis dėsnis suformuluotas sakydamas, kad tam tikram Energijos pavidalo kiekiui, kuris išnyksta, atsiras kita jos forma tokiu kiekiu, kuris lygus išnykusiam kiekiui.

Tai laikoma tam tikro kiekio paskirties vieta į sistemą pridedama šilumos (Q).. Dėl šios sumos atsiras a vidinės energijos padidėjimas (ΔE) ir tai taip pat paveiks tam tikrus išorinis darbas (W) kaip minėto šilumos sugėrimo pasekmė.

Jį nustato pirmasis įstatymas:

ΔE + W = Q

Nors Pirmasis termodinamikos dėsnis nustato ryšį tarp sugertos šilumos ir darbo atlieka sistema, nenurodo jokių šios šilumos Šaltinio ar jo krypties apribojimų srautas.

Pagal Pirmąjį įstatymą niekas netrukdo be išorinės pagalbos išgauti šilumą iš ledo vandeniui šildyti, o pirmojo temperatūra yra žemesnė nei antrojo.

Tačiau žinoma, kad Šilumos srautas turi vienintelę kryptį nuo aukščiausios iki žemiausios temperatūros.

Antrasis termodinamikos dėsnis

Antrasis termodinamikos dėsnis sprendžia pirmojo dėsnio neatitikimus ir daro tokią prielaidą:

„Šiluma nepaverčiama darbu, nesukeliant nuolatinių pokyčių nei įtrauktose, nei šalia jų esančiose sistemose.

Entropija yra fizikinis dydis, apibrėžiantis antrąjį termodinamikos dėsnį ir priklauso nuo pradinės ir galutinės būsenų:

ΔS = S₂ – S₁

Viso proceso entropiją taip pat suteikia:

ΔS = q_r/ T

Būdamas q_r grįžtamojo izoterminio proceso šiluma ir T pastovi temperatūra.

Trečiasis termodinamikos dėsnis

Šis įstatymas yra susijęs su grynų kristalinių medžiagų entropija absoliučioje nulinėje temperatūroje, o jo prielaida yra tokia:

"Visų grynų kristalinių kietųjų medžiagų entropija turi būti laikoma nuline absoliučioje nulinėje temperatūroje."

Tai galioja, nes eksperimentiniai įrodymai ir teoriniai argumentai rodo, kad peršaldytų tirpalų ar skysčių entropija 0K temperatūroje nėra lygi nuliui.

Termodinamikos pritaikymo pavyzdžiai

Buitiniai šaldytuvai

Ledo fabrikai

Vidaus degimo varikliai

Terminės talpos karštiems gėrimams

Slėginės viryklės

Virduliai

Geležinkeliai, varomi deginant anglį

Metalo lydymo krosnys

Žmogaus kūnas ieško homeostazės

Žiemą dėvimi drabužiai šildo kūną