Termodynamikens lagar

De Termodynamik är den fysikgren som har hand om bestämma och mäta energiöverföringsfenomen, som omfattar värme och mekaniskt arbete.

Energi

En av naturens mest grundläggande manifestationer är energin som följer med alla förändringar och omvandlingar. Alltså fenomen som är så olika som en stens fall, en biljardbolls rörelse, förbränning av kol eller tillväxten och reaktioner av levande varelsers komplexa mekanismer, alla innefattar viss absorption, emission och omfördelning av Energi.

Den vanligaste formen i vilken energi uppträder och som andra tenderar mot, är Varm. Bredvid honom uppstår Mekanisk energi i rörelsen av någon mekanism.

Elektrisk energi när en ström värmer en ledare eller är kapabel att utföra mekaniskt eller kemiskt arbete. Strålningsenergi som är inneboende i synligt ljus och strålning i allmänhet; och slutligen den kemiska energin som finns lagrad i alla ämnen, vilket avslöjas när de genomför en omvandling.

Så olika och mångskiftande som de vid första anblicken kan antas är de dock intimt förbundna med varandra, och under vissa förhållanden sker en omvandling från det ena till det andra.

Det är en fråga om termodynamik studera sådana inbördes förhållanden som äger rum i system, och deras lagar, som är tillämpliga på alla naturfenomen, uppfylls noggrant eftersom De är baserade på beteendet hos makroskopiska system, det vill säga med ett stort antal molekyler istället för mikroskopiska som omfattar ett reducerat antal de.

Till de system där Termodynamikens lagar, de kallas Termodynamiska system.

Termodynamik tar inte hänsyn till omvandlingstiden. Ditt intresse fokuserar på de initiala och slutliga tillstånden av ett system utan att visa någon nyfikenhet på den hastighet med vilken en sådan förändring sker.

Energin i ett givet system är kinetisk, potentiell eller båda samtidigt. De Rörelseenergi det är på grund av dess rörelseväl vara molekylär eller av kroppen som helhet.

Å andra sidan, Potential är den typen av energi som ett system besitter i kraft av sin position, det vill säga genom dess struktur eller konfiguration med avseende på andra kroppar.

Det totala energiinnehållet i något system är summan av de föregående, och även om dess absoluta värde kan beräknas med hänsyn till den berömda Einstein-relationen E = mC², där E är energin, m massan och C ljusets hastighet, är detta faktum till liten nytta i vanliga termodynamiska överväganden.

Anledningen är att de inblandade energierna är så stora att varje förändring i dem som ett resultat av fysiska eller kemiska processer är försumbar.

Massförändringarna till följd av dessa överföringar är således obegripliga, av vilken anledning Termodynamik föredrar att hantera sådana energiskillnader som är mätbara och uttrycks i olika system av enheter.

Till exempel är enheten för cgs-systemet för mekanisk, elektrisk eller termisk energi Erg. Det för det internationella enhetssystemet är Joule eller juli; det engelska systemet är kalorin.

De Termodynamik styrs av fyra lagar, baserat på nolllagen.

Termodynamikens nolllag

Det är den enklaste och mest grundläggande av de fyra, och det är i grunden en premiss som säger:

"Om en kropp A är i termisk jämvikt med en kropp B, och kropp C är i jämvikt i sin tur med B, då är A och C i jämvikt."

Termodynamikens första lag

Termodynamikens första lag fastställer bevarandet av energi med antagandet att den säger:

"Energi skapas varken eller förstörs, den förvandlas bara."

Denna lag är formulerad genom att säga att för en given mängd av en form av Energi som försvinner, kommer en annan form av den att dyka upp i en mängd som är lika med den mängd som har försvunnit.

Det anses vara destinationen för en viss mängd värme (Q) tillförs systemet. Detta belopp kommer att ge upphov till en ökning av intern energi (ΔE) och det kommer också att påverka vissa externt arbete (W) som en konsekvens av nämnda värmeabsorption.

Det hålls av den första lagen:

ΔE + W = Q

Även om termodynamikens första lag fastställer förhållandet mellan absorberad värme och arbete utförs av ett system, indikerar inte någon begränsning på källan till denna värme eller i riktning mot dess flöde.

Enligt den första lagen hindrar ingenting att vi utan extern hjälp utvinner värme från isen för att värma vattnet, varvid temperaturen på den förra är lägre än den senares.

Men det är känt att Värmeflödet har den enda riktningen från högsta till lägsta temperatur.

Termodynamikens andra lag

Termodynamikens andra lag tar upp inkonsekvenserna i den första lagen och har följande utgångspunkt:

"Värme omvandlas inte till arbete utan att producera permanenta förändringar vare sig i de ingående systemen eller i deras närhet."

Entropi är den fysiska kvantitet som definierar termodynamikens andra lag, och den beror på de initiala och slutliga tillstånden:

ΔS = S₂ -S₁

Entropin för hela processen ges också av:

ΔS = q_r/T

Att vara q_r värmen från en reversibel isotermisk process och T den konstanta temperaturen.

Termodynamikens tredje lag

Denna lag behandlar entropin av rena kristallina ämnen vid absolut nolltemperatur, och dess utgångspunkt är:

"Entropin för alla rena kristallina fasta ämnen måste anses vara noll vid absolut nolltemperatur."

Detta är giltigt eftersom experimentella bevis och teoretiska argument visar att entropin för underkylda lösningar eller vätskor inte är noll vid 0K.

Exempel på tillämpningar av termodynamik

Hushållskylskåp

Isfabriker

Förbränningsmotorer

Termiska behållare för varma drycker

Tryckkokare

Vattenkokare

Järnvägar som drivs av koleldning

Smältugnar av metall

Människokroppen på jakt efter homeostas

Vinterkläder håller kroppen varm