Wetten van de thermodynamica

De Thermodynamica is de tak van de natuurkunde die verantwoordelijk is voor bepaal en meet verschijnselen van energieoverdracht, die warmte en mechanisch werk omvat.

Energie

Een van de meest fundamentele manifestaties van de natuur is de energie die alle veranderingen en transformaties begeleidt. Zo kunnen fenomenen zo divers zijn als de val van een steen, de beweging van een biljartbal, het verbranden van kolen of de groei van en reacties van de complexe mechanismen van levende wezens, omvatten allemaal enige absorptie, emissie en herverdeling van de Energie.

De meest voorkomende vorm waarin Energie verschijnt en waarnaar anderen neigen, is de Heet. Naast hem komt voor Mechanische energie in de beweging van elk mechanisme.

Elektrische Energie wanneer een stroom een ​​geleider verwarmt of in staat is om mechanisch of chemisch werk uit te voeren. Stralingsenergie die inherent is aan zichtbaar licht en straling in het algemeen; en tenslotte de Chemische Energie opgeslagen in alle stoffen, die wordt onthuld wanneer ze een transformatie uitvoeren.

Hoe verschillend en divers ze op het eerste gezicht ook mogen worden verondersteld, ze zijn echter nauw met elkaar verbonden en onder bepaalde voorwaarden vindt er een omzetting plaats van de een naar de ander. Het is een kwestie van thermodynamica bestudeer dergelijke onderlinge relaties die plaatsvinden in systemen, en hun wetten, die van toepassing zijn op alle natuurlijke fenomenen, worden rigoureus vervuld sinds Ze zijn gebaseerd op het gedrag van macroscopische systemen, dat wil zeggen met een groot aantal moleculen in plaats van microscopische die een verminderd aantal moleculen bevatten. ze.

Naar de systemen waar de Wetten van de thermodynamica, ze worden genoemd Thermodynamische systemen.

Thermodynamica houdt geen rekening met de transformatietijd. Jouw interesse richt zich op de begin- en eindtoestanden van een Systeem zonder enige nieuwsgierigheid te tonen naar de snelheid waarmee een dergelijke verandering plaatsvindt.

De energie van een bepaald systeem is kinetisch, potentieel of beide tegelijk. De Kinetische energie het is door zijn beweginghet ga je goed moleculair of van het lichaam als geheel.

Aan de andere kant, Potentieel is dat soort energie dat? een systeem bezit op grond van zijn positie, dat wil zeggen, door zijn structuur of configuratie met betrekking tot andere lichamen.

De totale energie-inhoud van elk systeem is de som van de vorige, en hoewel de absolute waarde kan worden berekend rekening houdend met de beroemde Einstein-relatie E = mC², waar E energie is, m massa en C de lichtsnelheid is, is dit feit van weinig nut in gewone thermodynamische overwegingen.

De reden is dat de betrokken Energieën zo groot zijn dat elke verandering daarin als gevolg van fysische of chemische processen verwaarloosbaar is.

Dus de massale veranderingen die het gevolg zijn van die overdrachten zijn onvoorstelbaar, dus de Thermodynamica gaat het liefst om met zulke energieverschillen die meetbaar zijn en worden uitgedrukt in verschillende systemen van eenheden.

De eenheid van het cgs-systeem van mechanische, elektrische of thermische energie is bijvoorbeeld de Erg. Die van het Internationale Stelsel van Eenheden is de Joule of juli; die van het Engelse systeem is de Calorie.

De Thermodynamica wordt beheerst door vier wetten, gebaseerd op de nulwet.

Nulwet van de thermodynamica

Het is de eenvoudigste en meest fundamentele van de vier, en het is in feite een premisse die zegt:

"Als lichaam A in thermisch evenwicht is met lichaam B, en lichaam C in evenwicht met B, dan zijn A en C in evenwicht."

Eerste wet van de thermodynamica

De eerste wet van de thermodynamica stelt het behoud van energie vast met het uitgangspunt dat het zegt:

"Energie wordt niet gecreëerd of vernietigd, het transformeert alleen."

Deze wet wordt geformuleerd door te zeggen dat voor een bepaalde hoeveelheid van een vorm van Energie die verdwijnt, een andere vorm ervan zal verschijnen in een hoeveelheid die gelijk is aan de hoeveelheid die is verdwenen.

Het wordt beschouwd als de bestemming van een bepaalde hoeveelheid warmte (Q) toegevoegd aan het systeem. Dit bedrag geeft aanleiding tot een toename van interne energie (ΔE) en het zal ook effect hebben op bepaalde buitenwerk (W) als gevolg van genoemde warmteopname.

Het wordt gehouden door de Eerste Wet:

ΔE + W = Q

Hoewel de eerste wet van de thermodynamica het verband legt tussen geabsorbeerde warmte en arbeid uitgevoerd door een systeem, duidt niet op enige beperking op de Bron van deze warmte of in de richting van zijn stromen.

Volgens de Eerste Wet verhindert niets dat we zonder externe hulp warmte uit het ijs halen om het water te verwarmen, waarbij de temperatuur van de eerste lager is dan die van de laatste.

Maar het is bekend dat De warmtestroom heeft de enige richting van de hoogste naar de laagste temperatuur.

Tweede wet van de thermodynamica

De tweede wet van de thermodynamica pakt de inconsistenties van de eerste wet aan en gaat uit van de volgende premisse:

"Warmte wordt niet omgezet in Werk zonder blijvende veranderingen teweeg te brengen in de opgenomen systemen of in hun omgeving."

Entropie is de fysieke hoeveelheid die de tweede wet van de thermodynamica definieert, en het hangt af van de begin- en eindtoestanden:

ΔS = S₂ - S₁

De entropie van het hele proces wordt ook gegeven door:

ΔS = q_r/ T

q. zijn_r de warmte van een omkeerbaar isotherm proces en T de constante temperatuur.

Derde wet van de thermodynamica

Deze wet gaat over de entropie van zuivere kristallijne stoffen bij een absolute nultemperatuur, en het uitgangspunt is:

"De entropie van alle zuivere kristallijne vaste stoffen moet als nul worden beschouwd bij een absolute nultemperatuur."

Het bovenstaande is geldig omdat experimenteel bewijs en theoretische argumenten aantonen dat de entropie van onderkoelde oplossingen of vloeistoffen niet nul is bij 0K.

Voorbeelden van toepassingen van thermodynamica

Huishoudelijke koelkasten

IJsfabrieken

Verbrandingsmotoren

Thermische containers voor warme dranken

Snelkookpannen

Waterkokers

Spoorwegen aangedreven door kolenverbranding

Metaalsmeltovens

Het menselijk lichaam op zoek naar homeostase

Kleding die in de winter wordt gedragen, houdt het lichaam warm