Co to jest termodynamika:
Termodynamika jest dziedziną fizyki, która bada związek pomiędzy ciepłem, działającą siłą (znaną również jako praca) i przekazywaniem energii.
Słowo termodynamika pochodzi od greckich korzeni θερμο- (thermo- ) oznaczających „ciepło” i δυναμικός (dynamikós) , które z kolei wywodzą się od δύναμις (dýnamis) , oznaczających „siłę” lub „moc”.
Procesy termodynamiczne są zdeterminowane przez trzy podstawowe prawa.
- Pierwsze prawo pozwala nam zrozumieć, jak zachowywana jest energia.
- Drugie prawo służy do zrozumienia warunków koniecznych do tego, aby nastąpił transfer energii.
(tixagag_4) Trzecie prawo służy do poznania zachowania systemów w równowadze.
Zrozumienie procesów termodynamicznych jest ważne w takich dziedzinach jak inżynieria przemysłowa, gdzie duże ilości energii muszą być wykorzystane do obsługi wielu maszyn.
Prawa termodynamiki umożliwiają również wgląd w funkcjonowanie systemów w takich dziedzinach jak biochemia, kosmologia i genetyka.
Prawa termodynamiki
Istnieją trzy prawa termodynamiki, które wyjaśniają, jak ciepło i energia działają i są przekazywane. Poniżej są one szczegółowo wyjaśnione.
Pierwsze prawo termodynamiki
Pierwsze prawo mówi o zachowaniu energii: energia nie jest ani tworzona ani niszczona, jest tylko przekształcana.Na przykład:
- Energia słoneczna jest przetwarzana na energię elektryczną dla stacji benzynowej.
- Ta energia elektryczna może być wykorzystana do ładowania akumulatora samochodu elektrycznego.
- Samochód elektryczny jest w stanie przekształcić zmagazynowaną energię w podróż.
Energia jest więc zawsze w ruchu.
Uproszczona formuła wyglądałaby następująco:
Drugie prawo termodynamiki
Drugie prawo termodynamiki pozwala nam określić dwie rzeczy:
- Kierunek, w którym następuje transfer energii.
- Warunki, które są konieczne, aby proces się odwrócił.
Stąd dowiadujemy się, że istnieją procesy odwracalne i nieodwracalne.
Na przykład sól kuchenna spontanicznie miesza się z wodą w procesie zwanym rozcieńczaniem. Ten proces uwalnia ciepło.
Aby odwrócić ten proces i ponownie uformować kryształy soli, musi zostać zastosowane ciepło, które pozwala na odparowanie wody i oddzielenie jej od soli. System absorbuje ciepło.
Uproszczona formuła wyglądałaby następująco:
Trzecie prawo termodynamiki
Trzecie prawo termodynamiki łączy dwa poprzednie prawa i odnosi je do systemów w absolutnej równowadze. W tym stanie występuje minimalna wymiana energii i maksymalny stopień nieuporządkowania (lub entropii).
Trzecie prawo stosuje się do zamkniętych systemów. Tego typu układy są obserwowane tylko w fizyce teoretycznej i chemii.
Uproszczona formuła byłaby następująca:
Patrz również Fizyka.
Rodzaje systemów w termodynamice
Aby zrozumieć prawa termodynamiki, należy najpierw poznać rodzaje istniejących systemów i ich zachowanie.
Wszystko wokół nas składa się z systemów i większość znanych nam systemów wymienia energię. Systemy dzielą się na trzy rodzaje: otwarte, zamknięte i izolowane.
- Systemy otwarte: wymieniają energię i materię z otoczeniem (np. ogień).
- Systemy zamknięte: wymienia tylko energię z otoczeniem (np. telefon komórkowy).
- Systemy izolowane: nie wymienia ani materii, ani energii (są one tylko teoretyczne).
Podczas gdy pierwsze i drugie prawo termodynamiki odnosi się do systemów otwartych i zamkniętych, trzecie prawo odnosi się do systemów odizolowanych.
Stan systemu
Istnieją dwa podstawowe stany, w których mogą znajdować się systemy (niezależnie od ich rodzaju).
- Układy aktywne : Jeżeli następuje wymiana energii, to mówi się, że układ jest aktywny.
- Systemy w stanie spoczynku lub równowagi: Jeżeli nie ma wymiany energii, system uważa się za system w stanie spoczynku lub równowagi.
Ciepło i wymiana ciepła w termodynamice
Według fizyki, ciepło jest przepływem energii, który istnieje, gdy dwa systemy o różnych temperaturach stykają się ze sobą. Równowaga termiczna jest osiągnięta, gdy wszystkie zaangażowane systemy osiągają tę samą temperaturę.
W układach termodynamicznych, jeżeli dwa z nich są w równowadze z trzecim układem, to są one również w równowadze ze sobą. Dlatego też, gdy osiągnięta jest równowaga, temperatura jest stała.
Patrz również gałęzie fizyki.
