Zakoni termodinamike

The Termodinamika je veja fizike, ki je zadolžena določiti in meriti pojave prenosa energije, ki zajema toplotno in mehansko delo.

Energija

Ena najbolj temeljnih manifestacij narave je energija, ki spremlja vse spremembe in preobrazbe. Tako različni pojavi, kot so padec kamna, gibanje biljardne krogle, zgorevanje premoga ali rast in reakcije kompleksnih mehanizmov živih bitij, vse vključujejo nekaj absorpcije, oddajanja in prerazporeditve Energija.

Najpogostejša oblika, v kateri se energija pojavlja in h kateri drugi težijo, je vroče. Zraven njega se pojavi Mehanska energija pri gibanju katerega koli mehanizma.

Električna energija, ko tok segreje prevodnik ali je sposoben izvajati mehansko ali kemično delo. Sevalna energija, lastna vidni svetlobi in sevanju na splošno; in končno kemična energija, shranjena v vseh snoveh, ki se razkrije, ko izvedejo transformacijo.

Tako različni in raznoliki, kot se na prvi pogled zdijo, pa so med seboj tesno povezani in pod določenimi pogoji poteka pretvorba iz enega v drugega.

Gre za termodinamiko preučujejo takšne medsebojne odnose, ki potekajo v sistemih, in njihovi zakoni, ki veljajo za vse naravne pojave, so strogo izpolnjeni, saj Temeljijo na obnašanju makroskopskih sistemov, torej z velikim številom molekul namesto mikroskopskih, ki obsegajo zmanjšano število oni.

V sisteme, kjer je Zakoni termodinamike, se imenujejo Termodinamični sistemi.

Termodinamika ne upošteva časa transformacije. Vaše zanimanje se osredotoča na začetno in končno stanje sistema, ne da bi kazali radovednost glede hitrosti, s katero se taka sprememba zgodi.

Energija danega sistema je kinetična, potencialna ali oboje hkrati. The Kinetična energija je zaradi njegovega gibanjadobro bodi molekularno ali telesa kot celote.

Po drugi strani, Potencial je takšna energija sistem ima na podlagi svojega položaja, torej po svoji strukturi ali konfiguraciji glede na druga telesa.

Celotna vsebnost energije katerega koli sistema je vsota prejšnjih, in čeprav je njeno absolutno vrednost mogoče izračunati ob upoštevanju znamenite Einsteinove relacije E = mC², kjer je E energija, m masa in C svetlobna hitrost, je to dejstvo malo uporabno v običajnih termodinamičnih premislekih.

Razlog je v tem, da so vključene energije tako velike, da je vsaka sprememba le-teh kot posledica fizikalnih ali kemičnih procesov zanemarljiva.

Tako so množične spremembe, ki so posledica teh prenosov, nepomembne, zato je Termodinamika se raje ukvarja s takšnimi energijskimi razlikami, ki so merljive in so izraženi v različnih sistemih enot.

Na primer, enota cgs sistema mehanske, električne ali toplotne energije je Erg. Tista mednarodnega sistema enot je Joule ali julij; v angleškem sistemu je kalorija.

The Termodinamiko urejajo štirje zakoni, ki temelji na ničelnem zakonu.

Termodinamični zakon nič

Je najenostavnejši in najbolj temeljni od štirih in je v bistvu premisa, ki pravi:

"Če je telo A v toplotnem ravnotežju s telesom B in je telo C v ravnotežju z B, potem sta A in C v ravnotežju."

Prvi zakon termodinamike

Prvi zakon termodinamike vzpostavlja ohranjanje energije s predpostavko, da pravi:

"Energija ni niti ustvarjena niti uničena, ampak se samo transformira."

Ta zakon je formuliran tako, da se za določeno količino oblike energije, ki izgine, pojavi druga njena oblika v količini, ki je enaka količini, ki je izginila.

Šteje se za destinacijo določene količine sistemu dodana toplota (Q).. Ta znesek bo povzročil a povečanje notranje energije (ΔE) in bo tudi vplivalo na določene zunanje delo (W) kot posledica omenjene absorpcije toplote.

Zanj velja prvi zakon:

ΔE + W = Q

Čeprav prvi zakon termodinamike vzpostavlja razmerje med absorbirano toploto in delom ki ga izvaja sistem, ne kaže nobene omejitve glede vira te toplote ali v smeri njegovega tok.

Po prvem zakonu nič ne preprečuje, da brez zunanje pomoči pridobivamo toploto iz ledu za segrevanje vode, pri čemer je temperatura prvega nižja od temperature drugega.

A to je znano Toplotni tok ima edino smer od najvišje do najnižje temperature.

Drugi zakon termodinamike

Drugi zakon termodinamike obravnava nedoslednosti prvega zakona in ima naslednjo predpostavko:

"Toplota se ne pretvori v delo, ne da bi povzročila trajne spremembe bodisi v vključenih sistemih bodisi v njihovi bližini."

Entropija je fizična količina, ki opredeljuje drugi zakon termodinamike in je odvisna od začetnega in končnega stanja:

ΔS = S₂ - S₁

Entropijo celotnega procesa podajamo tudi z:

ΔS = q_r/ T

Biti q_r toplota reverzibilnega izotermnega procesa in T konstantna temperatura.

Tretji zakon termodinamike

Ta zakon obravnava entropijo čistih kristaliničnih snovi pri absolutni ničelni temperaturi, njegova premisa pa je:

"Entropijo vseh čistih kristalnih trdnih snovi je treba šteti za nič pri absolutni ničelni temperaturi."

To velja, ker eksperimentalni dokazi in teoretični argumenti kažejo, da entropija prehlajenih raztopin ali tekočin ni nič pri 0K.

Primeri uporabe termodinamike

Domači hladilniki

Tovarne ledu

Motorji z notranjim zgorevanjem

Termalne posode za tople napitke

Tlačni kuhalniki

Kotlički

Železnice, ki jih poganja premog

Peči za taljenje kovin

Človeško telo v iskanju homeostaze

Oblačila, ki jih nosimo pozimi, ohranjajo telo toplo