Legile termodinamicii

 Termodinamica este ramura fizicii de care se ocupă determina și măsoară fenomenele de transfer de energie, cuprinzând lucrările de căldură și 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 oarecare absorbție, emisie și redistribuire a Energie.

Cea mai comună formă în care apare Energia și spre care tind alții, este Fierbinte. Lângă el apare Energie mecanică în mișcarea 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 cele din urmă, energia chimică stocată în toate substanțele, care este dezvăluită atunci când efectuează o transformare.

Pe cât de diferite și diverse pe cât se poate presupune la prima vedere, totuși, acestea sunt strâns legate între ele și, în anumite condiții, are loc o conversie de la una la alta.

Este o chestiune de termodinamică studiați astfel de relații care au loc în sisteme, iar legile lor, care sunt aplicabile tuturor fenomenelor naturale, sunt îndeplinite riguros, deoarece 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 unde 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 unui sistem fără a arăta curiozitate cu privire la viteza cu care se produce o astfel de modificare.

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

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

Conținutul total de energie al oricărui sistem este suma celor precedente și, deși valoarea sa absolută poate fi calculată luând în considerare faimoasa relație Einstein E = mC², unde E este energie, m este masă, iar C este viteza luminii, acest fapt este de puțin folos în considerațiile 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 facă față unor astfel de diferențe de energie care pot fi măsurate și sunt exprimate în diferite sisteme de unități.

De exemplu, unitatea sistemului cgs de energie mecanică, electrică sau termică este Erg. Sistemul internațional de unități este Joule sau iulie; cea a Sistemului englez este Caloria.

 Termodinamica este guvernată de patru legi, bazat pe Legea zero.

Legea zero a termodinamicii

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

"Dacă un corp A este în echilibru termic cu un corp B, iar corpul C este în echilibru 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 cantitate dată dintr-o formă 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 la sistem. Această sumă va da naștere unui creșterea energiei interne (ΔE) și va avea efect și sigur lucru extern (W) ca o consecință a absorbției de căldură menționate.

Este deținut de prima lege:

ΔE + W = Q

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

Conform primei legi, nimic nu împiedică faptul că, fără ajutorul extern, să extragem căldura din gheață pentru a încălzi apa, temperatura primei fiind mai mică decât cea a celei din urmă.

Dar se știe că Debitul 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 are următoarea premisă:

„Căldura nu se transformă în Muncă fără a produce modificări permanente nici în sistemele incluse, nici în vecinătatea lor.”

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 izotermic reversibil și T temperatura constantă.

A treia lege a termodinamicii

Această lege tratează entropia substanțelor cristaline pure la temperatură zero zero, iar premisa sa 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 supraîncălzite nu este zero la 0K.

Exemple de aplicații ale termodinamicii

Frigidere de uz casnic

Fabricile de gheață

Motoare de combustie internă

Recipiente termice pentru băuturi calde

Oale sub presiune

Cazane

Căile ferate alimentate prin arderea cărbunelui

Cuptoare de topire a metalelor

Corpul uman în căutarea homeostaziei

Hainele purtate iarna țin corpul cald