Termodinamikas likumi

The Termodinamika ir fizikas nozare, kas ir atbildīga par noteikt un izmērīt enerģijas pārneses parādības, kas ietver siltuma un mehānisko darbu.

Enerģija

Viena no fundamentālākajām dabas izpausmēm ir enerģija, kas pavada visas pārmaiņas un pārvērtības. Tādējādi tik dažādas parādības kā akmens krišana, biljarda bumbas kustība, ogļu sadegšana vai augšana un dzīvo būtņu sarežģīto mehānismu reakcijas, visas ietver absorbciju, emisiju un pārdali Enerģija.

Visizplatītākā forma, kādā parādās enerģija un uz kuru tiecas citi, ir Karsts. Blakus viņam notiek Mehāniskā enerģija jebkura mehānisma kustībā.

Elektroenerģija, kad strāva silda vadītāju vai spēj veikt mehānisku vai ķīmisku darbu. Starojuma enerģija, kas raksturīga redzamajai gaismai un starojumam kopumā; un visbeidzot visās vielās uzkrātā Ķīmiskā enerģija, kas atklājas, kad tās veic transformāciju.

Lai cik atšķirīgi un dažādi varētu likties no pirmā acu uzmetiena, tie ir cieši saistīti viens ar otru, un noteiktos apstākļos notiek pārvēršanās no viena uz otru.

Tas ir termodinamikas jautājums izpētīt šādas savstarpējās attiecības, kas notiek sistēmās, un to likumi, kas attiecas uz visām dabas parādībām, tiek stingri ievēroti, jo Tie ir balstīti uz makroskopisku sistēmu uzvedību, tas ir, ar lielu skaitu molekulu, nevis mikroskopiskām, kas satur samazinātu skaitu viņi.

Uz sistēmām, kur Termodinamikas likumi, tos sauc Termodinamiskās sistēmas.

Termodinamika neņem vērā transformācijas laiku. Jūsu interese koncentrējas uz sākuma un beigu stāvokļiem Sistēmu, neizrādot nekādu ziņkāri par ātrumu, ar kādu notiek šādas izmaiņas.

Dotās sistēmas enerģija ir kinētiska, potenciāla vai abas vienlaikus. The Kinētiskā enerģija tas ir tās kustības dēļlai labi molekulārā vai ķermeņa kopumā.

No otras puses, Potenciāls ir tāda veida enerģija, kas sistēmai pieder tās pozīcijas dēļ, tas ir, pēc tās struktūras vai konfigurācijas attiecībā pret citiem ķermeņiem.

Jebkuras sistēmas kopējais enerģijas saturs ir iepriekšējo summu summa, un, lai gan tās absolūto vērtību var aprēķināt, ņemot vērā slaveno Einšteina sakarību E = mC², kur E ir enerģija, m ir masa un C ir gaismas ātrums, šim faktam ir maz nozīmes parastos termodinamiskos apsvērumos.

Iemesls ir tāds, ka iesaistītās enerģijas ir tik lielas, ka jebkādas izmaiņas tajās fizisko vai ķīmisko procesu rezultātā ir niecīgas.

Tādējādi masveida izmaiņas, kas rodas šo pārsūtīšanas rezultātā, ir nenovērtējamas, un tāpēc Termodinamika dod priekšroku tādām enerģijas atšķirībām, kuras ir izmērāmas un tiek izteiktas dažādās vienību sistēmās.

Piemēram, cgs mehāniskās, elektriskās vai termiskās enerģijas sistēmas vienība ir Erg. Starptautiskās mērvienību sistēmas vērtība ir džouls vai jūlijs; ka angļu sistēmā ir kalorijas.

The Termodinamiku regulē četri likumi, pamatojoties uz Nulles likumu.

Termodinamikas nulles likums

Tas ir vienkāršākais un fundamentālākais no četriem, un būtībā tas ir priekšnoteikums, kas saka:

"Ja ķermenis A atrodas termiskā līdzsvarā ar ķermeni B un ķermenis C atrodas līdzsvarā ar B, tad A un C atrodas līdzsvarā."

Pirmais termodinamikas likums

Pirmais termodinamikas likums nosaka enerģijas saglabāšanu ar pieņēmumu, ka tas saka:

"Enerģija netiek ne radīta, ne iznīcināta, tā tikai transformējas."

Šis likums ir formulēts, sakot, ka noteiktam enerģijas formas daudzumam, kas pazūd, parādīsies cita tās forma tādā daudzumā, kas vienāds ar daudzumu, kas ir pazudis.

Tas tiek uzskatīts par galamērķi noteiktam apjomam sistēmai pievienots siltums (Q).. Šī summa radīs a iekšējās enerģijas pieaugums (ΔE) un tas arī ietekmēs noteiktus ārējais darbs (W) minētās siltuma absorbcijas rezultātā.

To nosaka Pirmais likums:

ΔE + W = Q

Lai gan Pirmais termodinamikas likums nosaka saistību starp absorbēto siltumu un darbu ko veic sistēma, nenorāda nekādus ierobežojumus šī siltuma Avotam vai tā virzienā plūsma.

Saskaņā ar Pirmo likumu nekas neliedz bez ārējas palīdzības iegūt siltumu no ledus, lai sildītu ūdeni, pirmā temperatūra ir zemāka nekā otrā.

Bet ir zināms, ka Siltuma plūsmai ir vienīgais virziens no augstākās uz zemāko temperatūru.

Otrais termodinamikas likums

Otrais termodinamikas likums pievēršas pirmā likuma neatbilstībām un ietver šādu pieņēmumu:

"Siltums netiek pārveidots par darbu, neradot pastāvīgas izmaiņas ne iekļautajās sistēmās, ne to tuvumā."

Entropija ir fiziskais lielums, kas nosaka otro termodinamikas likumu, un tas ir atkarīgs no sākuma un beigu stāvokļiem:

ΔS = S₂ - S₁

Visa procesa entropiju nosaka arī:

ΔS = q_r/ T

Esot q_r atgriezeniska izotermiska procesa siltums un T konstante temperatūra.

Trešais termodinamikas likums

Šis likums attiecas uz tīru kristālisku vielu entropiju absolūtā nulles temperatūrā, un tā priekšnoteikums ir:

"Visu tīru kristālisku cietvielu entropija ir jāuzskata par nulli absolūtās nulles temperatūrā."

Tas ir spēkā, jo eksperimentālie pierādījumi un teorētiskie argumenti liecina, ka pārdzesētu šķīdumu vai šķidrumu entropija pie 0K nav nulle.

Termodinamikas pielietojuma piemēri

Sadzīves ledusskapji

Ledus fabrikas

Iekšdedzes dzinēji

Termiskās tvertnes karstajiem dzērieniem

Spiediena katli

Tējkannas

Dzelzceļi, ko darbina ogļu dedzināšana

Metāla kausēšanas krāsnis

Cilvēka ķermenis homeostāzes meklējumos

Apģērbs, ko valkā ziemā, uztur ķermeni siltu