Закони термодинаміки

The Термодинаміка є відділенням фізики, що відповідає за визначати та вимірювати явища переносу енергії, що включає теплову та механічну роботу.

Енергія

Одним з найбільш фундаментальних проявів природи є енергія, яка супроводжує всі зміни і перетворення. Таким чином, такі явища різноманітні, як падіння каменю, рух більярдної кулі, горіння вугілля або зростання і реакції складних механізмів живих істот, всі вони включають деяке поглинання, викид і перерозподіл Енергія.

Найпоширенішою формою, в якій проявляється Енергія і до якої прагнуть інші, є Енергія Гаряче. Поруч з ним відбувається Механічна енергія в русі будь-якого механізму.

Електрична енергія, коли струм нагріває провідник або здатний виконувати механічну або хімічну роботу. Променева енергія, властива видимому світлу і випромінюванню в цілому; і, нарешті, хімічна енергія, що зберігається у всіх речовинах, яка виявляється, коли вони здійснюють перетворення.

Якими б різними та різноманітними вони не здавалися на перший погляд, проте вони тісно пов’язані один з одним, і за певних умов відбувається перехід від одного до іншого.

Це питання термодинаміки вивчають такі взаємозв'язки, які мають місце в системах, і їх закони, застосовні до всіх природних явищ, суворо виконуються, оскільки Вони засновані на поведінці макроскопічних систем, тобто з великою кількістю молекул замість мікроскопічних, які містять зменшену кількість молекул. Вони.

До систем, де Закони термодинаміки, вони називаються Термодинамічні системи.

Термодинаміка не враховує час перетворення. Ваш інтерес фокусується на початковому та кінцевому станах Системи, не виявляючи жодної цікавості щодо швидкості, з якою відбуваються такі зміни.

Енергія даної системи є кінетичною, потенційною або обома одночасно. The Кінетична енергія Це є через його рухдобре бути молекулярної або організму в цілому.

З іншої сторони, Потенціал це така енергія система володіє в силу свого положення, тобто за своєю будовою чи конфігурацією щодо інших тіл.

Загальний енергетичний вміст будь-якої системи є сумою попередніх, і хоча його абсолютне значення можна обчислити з урахуванням відомого співвідношення Ейнштейна E = mC², де E — енергія, m — маса, а C — швидкість світла, цей факт мало корисний у звичайних термодинамічних міркуваннях.

Причина в тому, що задіяна Енергія настільки велика, що будь-які зміни в них в результаті фізичних або хімічних процесів є незначними.

Таким чином, масові зміни, що виникають у результаті цих переміщень, є неосяжними, з цієї причини Термодинаміка вважає за краще мати справу з такими енергетичними відмінностями, які можна виміряти і виражаються в різних системах одиниць.

Наприклад, одиницею системи механічної, електричної або теплової енергії cgs є ерг. У Міжнародній системі одиниць джоуль або липень; в англійській системі це калорії.

The Термодинаміка керується чотирма законами, на основі нульового закону.

Нульовий закон термодинаміки

Це найпростіший і найбільш фундаментальний з чотирьох, і в основному це передумова, яка говорить:

«Якщо тіло A перебуває в тепловій рівновазі з тілом B, а тіло C перебуває у рівновазі, по черзі з B, то A і C перебувають у рівновазі».

Перший закон термодинаміки

Перший закон термодинаміки встановлює збереження енергії з передумовою, що він говорить:

«Енергія не створюється і не руйнується, вона лише перетворюється».

Цей закон формулюється так, що для даної кількості форми Енергії, яка зникає, з’явиться інша її форма в кількості, що дорівнює кількості, яка зникла.

Вважається призначенням певної кількості тепло (Q), додане в систему. Ця сума призведе до а збільшення внутрішньої енергії (ΔE) і це також певно вплине зовнішні роботи (W) як наслідок зазначеного поглинання тепла.

Він передбачений Першим Законом:

ΔE + W = Q

Хоча перший закон термодинаміки встановлює зв’язок між поглиненою теплотою і роботою виконується системою, не вказує на будь-які обмеження щодо Джерела цього тепла або в напрямку його потік.

Згідно з першим законом, ніщо не заважає, щоб без сторонньої допомоги ми витягували тепло з льоду для нагрівання води, причому температура першого була нижчою, ніж температура останньої.

Але це відомо Тепловий потік має єдиний напрямок від найвищої температури до найнижчої.

Другий закон термодинаміки

Другий закон термодинаміки вирішує невідповідності першого закону і має наступну передумову:

«Тепло не перетворюється в Роботу без постійних змін у включеній системі або поблизу».

Ентропія - це фізична величина, яка визначає другий закон термодинаміки, і вона залежить від початкового та кінцевого станів:

ΔS = S₂ - С₁

Ентропія всього процесу також визначається як:

ΔS = q_р/ Т

Будучи q_р теплота оборотного ізотермічного процесу і Т постійна температура.

Третій закон термодинаміки

Цей закон стосується ентропії чистих кристалічних речовин при абсолютному нулю температури, і його передумовою є:

«Ентропія всіх чистих кристалічних твердих речовин повинна вважатися нульовою при температурі абсолютного нуля».

Це справедливо, оскільки експериментальні дані та теоретичні аргументи показують, що ентропія переохолоджених розчинів або рідин не дорівнює нулю при 0 К.

Приклади застосування термодинаміки

Холодильники побутові

Льодові заводи

Двигуни внутрішнього згоряння

Термоконтейнери для гарячих напоїв

Скороварки

Чайники

Залізниці, що працюють на вугіллі

Металоплавильні печі

Людський організм у пошуках гомеостазу

Одяг взимку зігріває тіло