Zakoni termodinamike

The Termodinamika je veja fizike, ki je odgovorna za določiti in izmeriti pojave prenosa energije, ki zajema toplotno in mehansko delo.

Energija

Ena najbolj temeljnih manifestacij narave je energija, ki spremlja vse spremembe in preobrazbe. Tako raznoliki pojavi, kot so padec kamna, gibanje biljardne krogle, kurjenje premoga ali rast in reakcije kompleksnih mehanizmov živih bitij vključujejo nekaj absorpcije, emisije in prerazporeditve Energija.

Najpogostejša oblika, v kateri se pojavi energija in k kateri težijo drugi, je Vroče. Zraven se zgodi Mehanska energija pri gibanju katerega koli mehanizma.

Električna energija, ko tok ogreva vodnik ali je sposoben za mehansko ali kemično delo. Sevalna energija, značilna za vidno svetlobo in sevanje na splošno; in nazadnje kemijska energija, shranjena v vseh snoveh, ki se pokaže, ko opravijo preobrazbo.

Tako različni in raznoliki, kot bi lahko bili domnevani na prvi pogled, pa so med seboj tesno povezani in pod določenimi pogoji pride do pretvorbe enega v drugega.

Gre za termodinamiko preučujejo takšne medsebojne odnose, ki se odvijajo v sistemih, in njihovi zakoni, ki veljajo za vse naravne pojave, se dosledno izpolnjujejo Temeljijo na vedenju makroskopskih sistemov, to je z velikim številom molekul namesto mikroskopskih, ki vsebujejo zmanjšano število oni.

V sisteme, kjer Zakoni termodinamike, se imenujejo Termodinamični sistemi.

Termodinamika ne upošteva časa transformacije. Vaše zanimanje se osredotoča na začetno in končno stanje sistema, ne da bi pokazal kakršno koli radovednost glede hitrosti, s katero se takšna sprememba zgodi.

Energija danega sistema je hkrati kinetična, potencialna ali oboje. The Kinetična energija je zaradi njegovega gibanjano bodi ali celotnega telesa.

Po drugi strani, Potencial je takšna energija, ki sistem ima zaradi svojega položaja, to je po svoji strukturi ali konfiguraciji glede na druga telesa.

Skupna energijska vsebnost katerega koli sistema je vsota prejšnjih in čeprav je njegovo absolutno vrednost mogoče izračunati ob upoštevanju znamenitega Einsteinovega razmerja E = mC², kjer je E energija, m masa in C hitrost svetlobe, to dejstvo v običajnih termodinamičnih razmislekih nima velike koristi.

Razlog je v tem, da so vpletene energije tako velike, da je kakršna koli sprememba v njih zaradi fizikalnih ali kemičnih procesov zanemarljiva.

Tako so množične spremembe, ki so posledica teh prenosov, neizvedljive, zato Termodinamika se raje ukvarja s takšnimi energetskimi razlikami, ki so merljive in so izraženi v različnih sistemih enot.

Na primer, enota sistema za mehansko, električno ali toplotno energijo cgs je Erg. Mednarodni sistem enot je Joule ali julij; angleški sistem je kalorija.

The Termodinamiko urejajo štirje zakoni, ki temelji na zakonu nič.

Ničelni zakon termodinamike

Je najpreprostejši in najbolj temeljni od štirih, v bistvu pa je izhodišče, ki pravi:

"Če je telo A v toplotnem ravnovesju s telesom B in telo C v ravnotežju z B, sta A in C v ravnotežju."

Prvi zakon termodinamike

Prvi zakon termodinamike vzpostavlja ohranjanje energije s predpostavko, da pravi:

"Energija ni niti ustvarjena niti uničena, ampak se samo preoblikuje."

Ta zakon je oblikovan tako, da se za določeno količino neke vrste energije, ki izgine, pojavi druga oblika v količini, ki je enaka količini, ki je izginila.

Šteje se za cilj določene količine toplota (Q), dodana sistemu. Ta znesek bo povzročil a povečanje notranje energije (ΔE) in bo tudi vplivalo na nekatere zunanja dela (W) kot posledica omenjene absorpcije toplote.

Obravnava ga prvi zakon:

ΔE + W = Q

Čeprav prvi zakon termodinamike vzpostavlja razmerje med absorbirano toploto in delom sistem, ne pomeni nobene omejitve glede vira te toplote ali v smeri proti njej pretok.

Po prvem zakonu nič ne preprečuje, da brez zunanje pomoči črpamo toploto iz ledu za ogrevanje vode, temperatura prvega je nižja od temperature drugega.

Ampak to je znano Toplotni tok ima edino smer od najvišje do najnižje temperature.

Drugi zakon termodinamike

Drugi zakon termodinamike obravnava nedoslednosti prvega zakona in ima naslednjo predpostavko:

"Toplota se ne spremeni v delo, ne da bi pri tem povzročila trajne spremembe niti v vključenih sistemih niti v njihovi bližini."

Entropija je fizikalna veličina, ki definira drugi zakon termodinamike in je odvisna od začetnega in končnega stanja:

ΔS = S₂ - S₁

Entropijo celotnega postopka daje tudi:

ΔS = q_r/ T

Biti q_r toplota reverzibilnega izotermičnega procesa in T konstantna temperatura.

Tretji zakon termodinamike

Ta zakon obravnava entropijo čistih kristalnih snovi pri absolutni nični temperaturi, njegova predpostavka pa je:

"Entropijo vseh čistih kristalnih trdnih snovi je treba pri absolutni ničli temperaturi šteti za nič."

To velja, ker eksperimentalni dokazi in teoretični argumenti kažejo, da entropija prehlajenih raztopin ali tekočin pri 0K ni enaka nič.

Primeri uporabe termodinamike

Domači hladilniki

Tovarne ledu

Motorji z notranjim zgorevanjem

Termo posode za tople napitke

Tlačni štedilniki

Kotlički

Železnice, ki jih poganja premog

Peči za taljenje kovin

Človeško telo v iskanju homeostaze

Oblačila, ki se nosijo pozimi, ohranjajo telo toplo