Termodinamikos dėsniai

The Termodinamika yra atsakinga fizikos šaka nustatyti ir matuoti energijos perdavimo reiškinius, apimantis šilumos ir mechaninius darbus.

Energija

Viena iš esminių gamtos apraiškų yra energija, lydinti visus pokyčius ir virsmus. Taigi tokie įvairūs reiškiniai kaip akmens kritimas, biliardo kamuolio judėjimas, anglies deginimas ar Gyvų būtybių sudėtingų mechanizmų reakcijos ir reakcijos apima tam tikrą absorbciją, emisiją ir perskirstymą Energija.

Labiausiai paplitusi forma, kuria pasirodo Energija ir linksta kiti, yra Karšta. Šalia jo įvyksta Mechaninė energija judant bet kokiam mechanizmui.

Elektros energija, kai srovė pašildo laidininką arba gali atlikti mechaninius ar cheminius darbus. Spinduliavimo energija, būdinga regimai šviesai ir apskritai spinduliuotei; ir galiausiai visose medžiagose sukaupta cheminė energija, kuri atsiskleidžia, kai jos vykdo transformaciją.

Kad ir kokie skirtingi ir įvairūs iš pirmo žvilgsnio jie gali būti, tačiau vis dėlto jie yra glaudžiai susiję vienas su kitu, o esant tam tikroms sąlygoms, atsivertimas vyksta vienas nuo kito.

Tai termodinamikos klausimas tyrinėkite tokius tarpusavio ryšius, kurie vyksta sistemose, ir jų dėsniai, taikomi visiems gamtos reiškiniams, yra griežtai vykdomi, nes Jie yra pagrįsti makroskopinių sistemų elgsena, ty su daugybe molekulių, o ne su mikroskopinėmis, kuriose yra sumažintas jie.

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

Termodinamika neatsižvelgia į transformacijos laiką. Jūsų susidomėjimas daugiausia dėmesio skiriama pradinei ir galutinei būsenoms nerodant jokio smalsumo dėl greičio, kuriuo įvyksta toks pokytis.

Tam tikros sistemos energija vienu metu yra kinetinė, potenciali arba abu. The Kinetinė energija tai yra dėl savo judėjimogerai būk molekulinė ar viso kūno dalis.

Iš kitos pusės, Potencialus yra tokia energijos rūšis sistema turi savo padėtį, tai yra pagal savo struktūrą ar konfigūraciją kitų kūnų atžvilgiu.

Bet kurios sistemos bendras energijos kiekis yra ankstesnių sistemų suma, ir nors jos absoliučiąją vertę galima apskaičiuoti atsižvelgiant į garsųjį Einšteino santykį E = mC², kur E yra energija, m yra masė ir C yra šviesos greitis, šis faktas mažai naudingas įprastiems termodinamikos aspektams.

Priežastis ta, kad susijusios energijos yra tokios didelės, kad bet koks jų pasikeitimas dėl fizinių ar cheminių procesų yra nereikšmingas.

Taigi masiniai pokyčiai, atsirandantys dėl šių perkėlimų, yra neįtikėtini, dėl šios priežasties Termodinamika nori spręsti tokius išmatuojamus energijos skirtumus ir jie išreiškiami įvairiomis vienetų sistemomis.

Pavyzdžiui, mechaninės, elektrinės ar šiluminės energijos sistemos vienetas yra Erg. Tarptautinė vienetų sistema yra Džaulė arba Liepa; Anglų sistemos kalorijos.

The Termodinamiką reguliuoja keturi įstatymai, remiantis Nulio įstatymu.

Nulis termodinamikos dėsnis

Tai yra paprasčiausias ir svarbiausias iš keturių, ir tai iš esmės yra prielaida, sakanti:

"Jei kūnas A yra 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 taupymą, darant prielaidą:

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

Šis dėsnis yra suformuluotas sakant, kad tam tikram energijos kiekio kiekiui, kuris išnyksta, atsiras kita jo forma, lygi išnykusiam kiekiui.

Tai laikoma tam tikro kiekio paskirties vieta šiluma (Q) pridėta prie sistemos. Dėl šios sumos atsiras a vidinės energijos padidėjimas (ΔE) ir tai taip pat turės tam tikrą poveikį išorinis darbas (W) kaip minėtos šilumos absorbcijos pasekmė.

Jis galioja pagal Pirmąjį įstatymą:

ΔE + W = Q

Nors Pirmasis termodinamikos dėsnis nustato santykį tarp sugertos šilumos ir darbo sistemos atliekama, nerodo jokių apribojimų šios šilumos šaltiniui ar jo krypčiai tekėti.

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

Bet tai yra žinoma Šilumos srautas turi vienintelę kryptį nuo aukščiausios iki žemiausios temperatūros.

Antrasis termodinamikos dėsnis

Antrasis termodinamikos įstatymas pašalina pirmojo įstatymo neatitikimus ir turi tokią prielaidą:

"Šiluma nevirsta darbu, nesukeliant nuolatinių pokyčių nei įtrauktose sistemose, nei šalia jų."

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

ΔS = S₂ - S₁

Viso proceso entropiją taip pat pateikia:

ΔS = q_r/ T.

Būdamas q_r grįžtamo izoterminio proceso šiluma ir T pastovi temperatūra.

Trečiasis termodinamikos dėsnis

Šiame įstatyme kalbama apie grynų kristalinių medžiagų entropiją absoliučioje nulio temperatūroje, o jo prielaida yra:

"Visų grynųjų kristalinių kietųjų medžiagų entropija absoliučios nulio temperatūroje turi būti laikoma nuliu.

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

Termodinamikos taikymo pavyzdžiai

Buitiniai šaldytuvai

Ledo gamyklos

Vidaus degimo varikliai

Terminiai karštų gėrimų indai

Aukšto slėgio viryklės

Virdulys

Anglies deginimo varomi geležinkeliai

Metalo lydymo krosnys

Žmogaus kūnas ieškant homeostazės

Žiemą dėvimi drabužiai palaiko kūno šilumą