Закони термодинаміки

 Термодинаміка є галуззю фізики, якою відповідає визначати та вимірювати явища передачі енергії, що охоплює теплотехнічні та механічні роботи.

Енергія

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

Найбільш поширеною формою, в якій виникає Енергія і до якої схильні інші, є Гарячі. Поруч з ним відбувається Механічна енергія при русі будь-якого механізму.

Електроенергія, коли струм нагріває провідник або здатний виконувати механічну або хімічну роботу. Промениста енергія, властива видимому світлу та випромінюванню загалом; і, нарешті, хімічна енергія, що зберігається у всіх речовинах, що виявляється, коли вони здійснюють перетворення.

Наскільки різними та різноманітними, як на перший погляд, можна вважати, проте вони тісно пов’язані між собою, і за певних умов відбувається перехід від одного до іншого.

Це питання термодинаміки вивчають такі взаємозв'язки, що 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, що містять зменшену кількість Вони.

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

Термодинаміка не враховує час трансформації. Ваш інтерес фокусується на Початковому та Кінцевому станах системи, не виявляючи цікавості щодо швидкості, з якою відбувається така зміна.

Енергія даної системи одночасно є кінетичною, потенційною або обома. Кінетична енергія Це є завдяки своєму рухудобре бути молекулярного або всього організму в цілому.

З іншої сторони, Потенціал це той вид енергії, який система володіє в силу свого становища, тобто за своєю структурою або конфігурацією щодо інших тіл.

Загальний вміст енергії будь-якої системи є сумою попередніх, і хоча її абсолютне значення може бути розраховане з урахуванням відомого відношення Ейнштейна E = mC², де E - енергія, m - маса, а C - швидкість світла, цей факт мало корисний у звичайних термодинамічних міркуваннях.

Причина в тому, що енергії, що беруть участь, настільки великі, що будь-які зміни в них в результаті фізичних або хімічних процесів є незначними.

Таким чином, масові зміни в результаті цих трансфертів неймовірні, тому Термодинаміка воліє мати справу з такими різницями енергії, які можна виміряти і виражаються в різних системах одиниць.

Наприклад, одиницею системи механічної, електричної або теплової енергії cgs є Ерг. Міжнародна система одиниць - це джоуль або липень; англійською системою є Калорія.

 Термодинаміка регулюється чотирма законами, заснований на нульовому законі.

Нульовий закон термодинаміки

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

"Якщо тіло A знаходиться в тепловій рівновазі з тілом B, а тіло C знаходиться в рівновазі з B, то A і C знаходяться в рівновазі".

Перший закон термодинаміки

Перший закон термодинаміки встановлює збереження енергії з передумовою:

"Енергія ні створюється, ні руйнується, вона лише перетворюється".

Цей закон сформульований так, що для даної кількості форми енергії, яка зникає, інша її форма з'явиться в кількості, що дорівнює кількості, яка зникла.

Це вважається пунктом призначення певної суми тепла (Q), що додається до системи. Ця сума призведе до збільшення внутрішньої енергії (ΔE) і це також матиме певний ефект зовнішня робота (Вт) як наслідок зазначеного теплопоглинання.

Це проводиться Першим Законом:

ΔE + W = Q

Хоча Перший закон термодинаміки встановлює взаємозв'язок між поглиненим теплом і роботою здійснюється системою, не вказує на будь-яке обмеження на джерело цього тепла або в його напрямку потік.

Відповідно до Першого закону, ніщо не заважає тому, що без сторонньої допомоги ми витягуємо тепло з льоду для нагрівання води, температура першого є нижчою, ніж температура другого.

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

Другий закон термодинаміки

Другий закон термодинаміки розглядає суперечності Першого закону і містить наступну передумову:

"Тепло не перетворюється на Роботу, не викликаючи постійних змін ні в системі, що входить, ні в їх сусідстві"

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

ΔS = S₂ - S₁

Ентропія всього процесу також визначається:

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 за Абсолютної Нульової Температури, і його передумовою є:

"Ентропію всіх чисто кристалічних твердих речовин слід вважати нульовою при абсолютній нульовій температурі."

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

Приклади застосування термодинаміки

Побутові холодильники

Крижані фабрики

Двигуни внутрішнього згоряння

Термоконтейнери для гарячих напоїв

Скороварки

Чайники

Залізниці, що живляться від спалення вугілля

Печі для виплавки металу

Людське тіло в пошуках гомеостазу

Одяг, одягнений взимку, підтримує тепло тіла