Zákony termodynamiky

The Termodynamika je odbor fyziky, ktorý má na starosti určovať a merať javy prenosu energie, zahŕňajúce tepelné a mechanické práce.

energie

Jedným z najzásadnejších prejavov prírody je energia, ktorá sprevádza všetky zmeny a premeny. Teda javy také rozmanité ako pád kameňa, pohyb biliardovej gule, spaľovanie uhlia alebo rast a reakcie komplexných mechanizmov živých bytostí, všetky zahŕňajú určitú absorpciu, emisiu a redistribúciu energie.

Najbežnejšia forma, v ktorej sa energia objavuje a ku ktorej iní inklinujú, je Horúce. Vedľa neho sa vyskytuje Mechanická energia v pohybe akéhokoľvek mechanizmu.

Elektrická energia, keď prúd ohrieva vodič alebo je schopný vykonávať mechanickú alebo chemickú prácu. Žiarivá energia vlastná viditeľnému svetlu a žiareniu vo všeobecnosti; a nakoniec chemická energia uložená vo všetkých látkach, ktorá sa odhalí, keď vykonajú premenu.

Akokoľvek rozdielne a rôznorodé, ako sa na prvý pohľad zdá, sú však navzájom úzko prepojené a za určitých podmienok dochádza k premene z jedného na druhého.

Je to vec termodynamiky študovať také vzájomné vzťahy, ktoré prebiehajú v systémoch, a ich zákonitosti, ktoré platia pre všetky prírodné javy, sú dôsledne napĺňané od r. Sú založené na správaní sa makroskopických systémov, to znamená s veľkým počtom molekúl namiesto mikroskopických, ktoré obsahujú znížený počet molekúl. oni.

Do systémov, kde Zákony termodynamiky, volajú sa Termodynamické systémy.

Termodynamika nezohľadňuje čas transformácie. Váš záujem sa zameriava na počiatočný a konečný stav systému bez toho, aby prejavil akúkoľvek zvedavosť na rýchlosť, s akou k takejto zmene dôjde.

Energia daného systému je kinetická, potenciálna alebo oboje súčasne. The Kinetická energia to je v dôsledku jeho pohybunech sa páči molekulárnej alebo tela ako celku.

Na druhej strane, Potenciál je to ten druh energie systém má na základe svojej pozície, teda svojou štruktúrou alebo konfiguráciou vzhľadom na iné telesá.

Celkový energetický obsah akéhokoľvek systému je súčtom predchádzajúcich, a hoci jeho absolútnu hodnotu možno vypočítať s prihliadnutím na známy Einsteinov vzťah E = mC², kde E je energia, m hmotnosť a C rýchlosť svetla, je táto skutočnosť v bežných termodynamických úvahách málo použiteľná.

Dôvodom je, že zahrnuté energie sú také veľké, že akákoľvek ich zmena v dôsledku fyzikálnych alebo chemických procesov je zanedbateľná.

Hromadné zmeny vyplývajúce z týchto presunov sú teda nemysliteľné, z tohto dôvodu Termodynamika sa radšej zaoberá takými energetickými rozdielmi, ktoré sú merateľné a sú vyjadrené v rôznych sústavách jednotiek.

Napríklad jednotkou cgs systému mechanickej, elektrickej alebo tepelnej energie je Erg. V medzinárodnom systéme jednotiek je to joule alebo júl; to anglického systému je kalória.

The Termodynamiku riadia štyri zákony, na základe nulového zákona.

Nulový zákon termodynamiky

Je to najjednoduchšie a najzákladnejšie zo štyroch a je to v podstate predpoklad, ktorý hovorí:

"Ak je teleso A v tepelnej rovnováhe s telesom B a teleso C je v rovnováhe s B, potom A a C sú v rovnováhe."

Prvý zákon termodynamiky

Prvý zákon termodynamiky stanovuje zachovanie energie s predpokladom, že hovorí:

"Energia sa nevytvára ani neničí, iba sa premieňa."

Tento zákon je formulovaný tak, že pre dané množstvo formy energie, ktorá zmizne, sa objaví jej iná forma v množstve rovnajúcom sa množstvu, ktoré zmizlo.

Považuje sa za cieľ určitého množstva teplo (Q) pridané do systému. Z tejto sumy vznikne a zvýšenie vnútornej energie (ΔE) a bude to mať vplyv aj na isté externá práca (W) ako dôsledok uvedenej absorpcie tepla.

Drží sa podľa prvého zákona:

AE + W = Q

Hoci prvý zákon termodynamiky stanovuje vzťah medzi absorbovaným teplom a prácou vykonávané systémom, neoznačuje žiadne obmedzenie Zdroja tohto tepla ani v smere jeho prúdiť.

Podľa prvého zákona nič nebráni tomu, aby sme bez vonkajšej pomoci odobrali teplo z ľadu na ohrev vody, pričom teplota ľadu je nižšia ako teplota ľadu.

Ale to je známe Tepelný tok má jediný smer od najvyššej po najnižšiu teplotu.

Druhý zákon termodynamiky

Druhý termodynamický zákon sa zaoberá nezrovnalosťami prvého zákona a nesie nasledujúci predpoklad:

"Teplo sa nepremieňa na prácu bez toho, aby spôsobilo trvalé zmeny buď v zahrnutých systémoch alebo v ich blízkosti."

Entropia je fyzikálna veličina, ktorá definuje druhý zákon termodynamiky a závisí od počiatočného a konečného stavu:

ΔS = S₂ - S₁

Entropia celého procesu je tiež daná:

AS = q_r/ T

Byť q_r teplo reverzibilného izotermického procesu a T konštantná teplota.

Tretí zákon termodynamiky

Tento zákon sa zaoberá entropiou čistých kryštalických látok pri absolútnej nulovej teplote a jeho predpoklad je:

"Entropia všetkých čistých kryštalických pevných látok musí byť považovaná za nulovú pri absolútnej nulovej teplote."

To platí, pretože experimentálne dôkazy a teoretické argumenty ukazujú, že entropia podchladených roztokov alebo kvapalín nie je pri 0K nulová.

Príklady aplikácií termodynamiky

Domáce chladničky

Ľadové továrne

Spaľovacie motory

Termonádoby na horúce nápoje

Tlakové hrnce

Varné kanvice

Železnice poháňané spaľovaním uhlia

Pece na tavenie kovov

Ľudské telo pri hľadaní homeostázy

Oblečenie nosené v zime udrží telo v teple