Legile termodinamicii

The Termodinamica este Ramura Fizicii care se ocupă de determinarea și măsurarea fenomenelor de transfer de energie, cuprinzând căldura și lucrările mecanice.

Energie

Una dintre cele mai fundamentale manifestări ale naturii este energia care însoțește toate schimbările și transformările. Astfel, fenomene la fel de diverse precum căderea unei pietre, mișcarea unei mingi de biliard, arderea cărbunelui sau creșterea și reacțiile mecanismelor complexe ale ființelor vii, toate cuprind o anumită absorbție, emisie și redistribuire a Energie.

Cea mai comună formă în care apare Energia și spre care tind alții, este Fierbinte. Alături de el apare Energie mecanică în mişcarea oricărui mecanism.

Energie electrică atunci când un curent încălzește un conductor sau este capabil să efectueze lucrări mecanice sau chimice. Energia radiantă inerentă luminii vizibile și radiației în general; și în sfârșit Energia Chimică stocată în toate substanțele, care se dezvăluie atunci când efectuează o transformare.

Oricât de diferite și diverse pe cât se poate presupune la prima vedere, ele sunt totuși strâns legate între ele și, în anumite condiții, are loc o conversie de la unul la altul.

Este o chestiune de termodinamică studiază astfel de interrelații care au loc în sisteme, iar legile lor, care sunt aplicabile tuturor fenomenelor naturale, sunt îndeplinite cu rigurozitate din moment ce Ele se bazează pe comportamentul sistemelor macroscopice, adică cu un număr mare de molecule în loc de cele microscopice care cuprind un număr redus de ei.

Pentru sistemele în care Legile termodinamicii, ei sunt numiti, cunoscuti Sisteme termodinamice.

Termodinamica nu ia în considerare timpul de transformare. Interesul tau se concentrează asupra stărilor inițiale și finale a unui Sistem fără a manifesta vreo curiozitate cu privire la viteza cu care se produce o astfel de schimbare.

Energia unui sistem dat este cinetică, potențială sau ambele în același timp. The Energie kinetică este datorita miscarii salesa fie bine moleculară sau a corpului în ansamblu.

Pe de altă parte, Potenţial este acel gen de energie care un sistem posedă în virtutea poziţiei sale, adică prin structura sau configurația sa față de alte corpuri.

Conținutul total de energie al oricărui sistem este suma celor anterioare și, deși valoarea sa absolută poate fi calculată ținând cont de celebra relație Einstein E = mC², unde E este Energia, m masa și C viteza luminii, acest fapt este de puțin folos în considerații termodinamice obișnuite.

Motivul este că Energiile implicate sunt atât de mari încât orice modificare a acestora ca urmare a proceselor fizice sau chimice este neglijabilă.

Astfel, modificările de masă rezultate din aceste transferuri sunt imponderabile, motiv pentru care Termodinamica preferă să se ocupe de astfel de diferențe de energie care sunt măsurabile și sunt exprimate în diverse sisteme de unități.

De exemplu, unitatea sistemului cgs de energie mecanică, electrică sau termică este Erg. Cel al Sistemului Internațional de Unități este Joule sau iulie; cel al sistemului englez este Calorie.

The Termodinamica este guvernată de patru legi, bazat pe Legea Zero.

Legea zero a termodinamicii

Este cea mai simplă și cea mai fundamentală dintre cele patru și, practic, este o premisă care spune:

„Dacă un corp A este în echilibru termic cu un corp B, iar corpul C este în echilibru la rândul său cu B, atunci A și C sunt în echilibru.”

Prima lege a termodinamicii

Prima lege a termodinamicii stabilește conservarea energiei cu premisa că spune:

„Energia nu este nici creată, nici distrusă, ci doar se transformă.”

Această lege este formulată spunând că pentru o anumită cantitate a unei forme de Energie care dispare, o altă formă a acesteia va apărea într-o cantitate egală cu cantitatea care a dispărut.

Este considerată destinația unei anumite cantități de căldură (Q) adăugată sistemului. Această sumă va da naștere la a creșterea energiei interne (ΔE) și va afecta, de asemenea, anumite munca externă (W) ca o consecință a absorbției de căldură menționate.

Este susținut de prima lege:

ΔE + W = Q

Deși Prima lege a termodinamicii stabilește relația dintre căldura absorbită și lucru efectuat de un sistem, nu indică nicio restricție asupra Sursei acestei călduri sau în direcția acesteia curgere.

Conform primei legi, nimic nu împiedică ca fără ajutor extern să extragem căldură din gheață pentru a încălzi apa, temperatura primei fiind mai mică decât cea a celei de-a doua.

Dar se știe că Fluxul de căldură are singura direcție de la cea mai mare la cea mai scăzută temperatură.

A doua lege a termodinamicii

A doua lege a termodinamicii abordează inconsecvențele primei legi și poartă următoarea premisă:

„Căldura nu se transformă în Muncă fără a produce schimbări permanente nici în sistemele incluse, fie în vecinătatea acestora.”

Entropia este mărimea fizică care definește a doua lege a termodinamicii și depinde de stările inițiale și finale:

ΔS = S₂ - S₁

Entropia întregului proces este dată și de:

ΔS = q_r/ T

Fiind q_r căldura unui proces izoterm reversibil și T temperatura constantă.

A treia lege a termodinamicii

Această lege tratează entropia substanțelor cristaline pure la temperatura zero absolută, iar premisa ei este:

„Entropia tuturor solidelor cristaline pure trebuie considerată zero la temperatura zero absolută”.

Acest lucru este valabil deoarece dovezile experimentale și argumentele teoretice arată că entropia soluțiilor sau lichidelor suprarăcite nu este zero la 0K.

Exemple de aplicații ale termodinamicii

Frigidere de uz casnic

Fabrici de gheață

Motoare de combustie internă

Recipiente termice pentru bauturi calde

Oale sub presiune

Fierbătoare

Căile ferate alimentate cu arderea cărbunelui

Cuptoare de topire a metalelor

Corpul uman în căutarea homeostaziei

Hainele purtate iarna țin corpul cald