กฎของอุณหพลศาสตร์

 อุณหพลศาสตร์ เป็นสาขาฟิสิกส์ที่รับผิดชอบ กำหนดและวัดปรากฏการณ์การถ่ายเทพลังงานรวมทั้งงานด้านความร้อนและเครื่องจักรกล

พลังงาน

การสำแดงพื้นฐานที่สุดอย่างหนึ่งของธรรมชาติคือพลังงานที่มาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงและการเปลี่ยนแปลงทั้งหมด ดังนั้น ปรากฏการณ์ต่างๆ เช่น การตกของก้อนหิน การเคลื่อนตัวของลูกบิลเลียด การเผาไหม้ถ่านหิน หรือการเจริญขึ้น และปฏิกิริยาของกลไกที่ซับซ้อนของสิ่งมีชีวิต ทั้งหมดประกอบด้วยการดูดซับ การปล่อย และการกระจายของ พลังงาน.

รูปแบบที่พบบ่อยที่สุดที่พลังงานปรากฏขึ้นและต่อที่ผู้อื่นมีแนวโน้มคือ ร้อน. ถัดจากเขาเกิดขึ้น พลังงานกล ในการเคลื่อนที่ของกลไกใดๆ

พลังงานไฟฟ้าเมื่อกระแสไฟฟ้าให้ความร้อนแก่ตัวนำไฟฟ้า หรือสามารถทำงานเครื่องกลหรือสารเคมีได้ พลังงานการแผ่รังสีที่มีอยู่ในแสงที่มองเห็นได้และการแผ่รังสีโดยทั่วไป และสุดท้ายคือพลังงานเคมีที่สะสมอยู่ในสารทั้งหมด ซึ่งจะถูกเปิดเผยเมื่อพวกมันทำการเปลี่ยนแปลง

แตกต่างและหลากหลายเมื่อมองแวบแรก พวกมันอาจมีความเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิด และภายใต้เงื่อนไขบางประการ การเปลี่ยนใจเลื่อมใสเกิดขึ้นจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง เป็นเรื่องของอุณหพลศาสตร์ ศึกษาความสัมพันธ์ดังกล่าวที่เกิดขึ้นในระบบและกฎของพวกมันซึ่งใช้กับปรากฏการณ์ทางธรรมชาติทั้งหมดได้สำเร็จอย่างเข้มงวดตั้งแต่ พวกมันขึ้นอยู่กับพฤติกรรมของระบบมหภาค กล่าวคือ มีโมเลกุลจำนวนมากแทนที่จะเป็นโมเลกุลขนาดเล็กซึ่งประกอบด้วยจำนวนที่ลดลง พวกเขา

ไปที่ระบบที่ กฎของอุณหพลศาสตร์เรียกว่า ระบบอุณหพลศาสตร์.

อุณหพลศาสตร์ ไม่คำนึงถึงเวลาแปลงร่าง. ความสนใจของคุณ มุ่งเน้นไปที่สถานะเริ่มต้นและขั้นสุดท้าย Final ของระบบโดยไม่แสดงความอยากรู้เกี่ยวกับความเร็วของการเปลี่ยนแปลงดังกล่าว

พลังงานของระบบที่กำหนดคือจลน์ ศักยภาพ หรือทั้งสองอย่างพร้อมกัน พลังงานจลน์ มันคือ เนื่องจากการเคลื่อนไหวของมันไม่เป็นไร โมเลกุลหรือของร่างกายโดยรวม.

ในทางกลับกัน, ศักยภาพ เป็นพลังงานชนิดนั้นที่ ระบบครอบครองโดยอาศัยอำนาจตามตำแหน่งนั่นคือเนื่องจากโครงสร้างหรือการกำหนดค่าที่เกี่ยวกับร่างกายอื่น

ปริมาณพลังงานทั้งหมดของระบบใด ๆ เป็นผลรวมของระบบก่อนหน้าและถึงแม้ว่าค่าสัมบูรณ์สามารถคำนวณได้โดยคำนึงถึงความสัมพันธ์ของ Einstein ที่มีชื่อเสียง E = mC²โดยที่ E คือพลังงาน m มวล และ C เป็นความเร็วของแสง ข้อเท็จจริงนี้ใช้เพียงเล็กน้อยในการพิจารณาทางอุณหพลศาสตร์ทั่วไป

เหตุผลก็คือพลังงานที่เกี่ยวข้องนั้นยอดเยี่ยมมากจนการเปลี่ยนแปลงใด ๆ ในพวกมันอันเป็นผลมาจากกระบวนการทางกายภาพหรือทางเคมีนั้นเล็กน้อย

ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงมวลที่เกิดจากการถ่ายโอนเหล่านั้นเป็นสิ่งที่ไม่สามารถเข้าใจได้ ดังนั้น อุณหพลศาสตร์ชอบจัดการกับความแตกต่างของพลังงานที่สามารถวัดได้ และแสดงในระบบต่างๆ ของหน่วย

ตัวอย่างเช่น หน่วยของ cgs System of Mechanical, Electrical หรือ Thermal Energy คือ Erg ระบบหน่วยสากลคือจูลหรือกรกฎาคม ของระบบภาษาอังกฤษคือแคลอรี่

 อุณหพลศาสตร์อยู่ภายใต้กฎสี่ข้อบนพื้นฐานของกฎหมายศูนย์

กฎศูนย์ของเทอร์โมไดนามิกส์

เป็นหลักการที่ง่ายที่สุดและเป็นพื้นฐานที่สุดของทั้งสี่ และโดยพื้นฐานแล้วเป็นหลักฐานที่กล่าวว่า:

"ถ้าร่างกาย A อยู่ในสภาวะสมดุลความร้อนกับร่างกาย B และร่างกาย C อยู่ในสมดุลกับ B ดังนั้น A และ C จะอยู่ในสมดุล"

กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์

กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์กำหนดการอนุรักษ์พลังงานโดยมีสมมติฐานว่า:

"พลังงานไม่ได้ถูกสร้างหรือทำลาย แต่มันเปลี่ยนรูปได้เท่านั้น"

กฎข้อนี้กำหนดขึ้นโดยกล่าวว่าสำหรับปริมาณหนึ่งของพลังงานรูปแบบหนึ่งที่หายไป อีกรูปแบบหนึ่งจะปรากฏในปริมาณเท่ากับปริมาณที่หายไป

ถือว่าเป็นปลายทางจำนวนหนึ่ง certain ความร้อน (Q) เพิ่มในระบบ. จำนวนนี้จะก่อให้เกิด เพิ่มพลังงานภายใน (ΔE) และจะยังส่งผลอย่างแน่นอน งานภายนอก (W) อันเป็นผลมาจากการดูดซับความร้อนดังกล่าว

มันถูกจัดขึ้นโดยกฎหมายที่หนึ่ง:

ΔE + W = Q

แม้ว่ากฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์จะกำหนดความสัมพันธ์ระหว่างความร้อนที่ถูกดูดซับกับงาน ดำเนินการโดยระบบ ไม่ได้ระบุข้อจำกัดใดๆ เกี่ยวกับแหล่งที่มาของความร้อนนี้หรือในทิศทางของ ไหล.

ตามกฎข้อที่หนึ่ง ไม่มีสิ่งใดป้องกันได้ว่าหากไม่มีความช่วยเหลือจากภายนอก เราจะดึงความร้อนออกจากน้ำแข็งเพื่อให้ความร้อนแก่น้ำ อุณหภูมิของน้ำแข็งแบบแรกจะต่ำกว่าอุณหภูมิแบบหลัง

แต่ก็รู้ว่า การไหลของความร้อนมีทิศทางเดียวจากอุณหภูมิสูงสุดไปต่ำสุด

กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์

กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์กล่าวถึงความไม่สอดคล้องกันของกฎข้อที่หนึ่งและมีสมมติฐานดังต่อไปนี้:

"ความร้อนไม่ได้เปลี่ยนเป็นงานโดยไม่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงถาวรทั้งในระบบที่รวมหรือในบริเวณใกล้เคียง"

เอนโทรปีคือปริมาณทางกายภาพที่กำหนดกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ และขึ้นอยู่กับสถานะเริ่มต้นและสถานะสุดท้าย:

ΔS = ส₂ - ส₁

เอนโทรปีของกระบวนการทั้งหมดยังได้รับจาก:

ΔS = q_r/ ตู่

เป็น q_r ความร้อนของกระบวนการไอโซเทอร์มอลแบบผันกลับได้และ T อุณหภูมิคงที่

กฎข้อที่สามของอุณหพลศาสตร์

กฎหมายฉบับนี้เกี่ยวข้องกับเอนโทรปีของสารผลึกบริสุทธิ์ที่อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ และหลักฐานของมันคือ:

"เอนโทรปีของของแข็งผลึกบริสุทธิ์ทั้งหมดต้องถือเป็นศูนย์ที่อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์"

สิ่งนี้ถูกต้องเนื่องจากหลักฐานการทดลองและข้อโต้แย้งทางทฤษฎีแสดงให้เห็นว่าเอนโทรปีของสารละลายหรือของเหลวที่มีความเย็นยิ่งยวดไม่เป็นศูนย์ที่ 0K

ตัวอย่างการประยุกต์ใช้อุณหพลศาสตร์

ตู้เย็นในประเทศ

โรงงานน้ำแข็ง

เครื่องยนต์สันดาปภายใน

ภาชนะเก็บความร้อนสำหรับเครื่องดื่มร้อน

หม้อความดัน

กาต้มน้ำ

รถไฟขับเคลื่อนด้วยการเผาถ่านหิน

เตาหลอมโลหะ

ร่างกายมนุษย์ในการค้นหาสภาวะสมดุล

เสื้อผ้าที่สวมใส่ในฤดูหนาวทำให้ร่างกายอบอุ่น