- Какви са законите на термодинамиката?
- Произход на законите на термодинамиката
- Първи закон на термодинамиката
- Вторият закон на термодинамиката
- Трети закон на термодинамиката
- Нулев закон на термодинамиката
Обясняваме какви са законите на термодинамиката, какъв е произходът на тези принципи и основните характеристики на всеки един от тях.
Какви са законите на термодинамиката?
Законите на термодинамиката (или принципите на термодинамиката) описват поведението на три основни физически величини, температура, на Енергия и наентропия, които характеризират термодинамичните системи. Терминът "термодинамика" идва от гръцки термос, Какво означава "топлина“, Й динамо, Какво означава "сила”.
Математически тези принципи са описани от a комплект на уравнения, които обясняват поведението на термодинамичните системи, дефинирани като всеки обект на изследване (от a молекула или а човешко същество, до атмосфера или вряща вода в тенджера).
Има четири закона на термодинамиката и те са от решаващо значение за разбирането на физическите закони на Вселената и невъзможността на определени явления като напр движение вечно.
Произход на законите на термодинамиката
Четирите принципа на термодинамика Те имат различен произход, а някои са формулирани от предишните. Първото, което е установено, всъщност е второто, дело на френския физик и инженер Николас Леонард Сади Карно през 1824 г.
Въпреки това, през 1860 г. този принцип е формулиран отново от Рудолф Клаузиус и Уилям Томпсън, след което добавят това, което днес наричаме Първи закон на термодинамиката. По-късно се появява и третият, известен още като "постулат на Нерст", защото възниква благодарение на проучванията на Валтер Нернст между 1906 и 1912 г.
И накрая, през 1930 г. се появява така нареченият „нулев закон“, предложен от Гугенхайм и Фаулър. Трябва да се каже, че не във всички области той е признат за истински закон.
Първи закон на термодинамиката
Първият закон се нарича "Закон за запазване на енергията", защото диктува това във всеки система изолирано от околната среда, общото количество енергия винаги ще бъде същото, въпреки че може да се трансформира от една форма на енергия в различни. Или с други думи: енергията не може да бъде създадена или унищожена, а само трансформирана.
По този начин, чрез доставяне на дадено количество топлина (Q) на физическа система, нейното общо количество енергия може да се изчисли като подадената топлина минусработа (W), изпълнявана от системата върху заобикалящата я среда. Изразено с формула: ΔU = Q - W.
Като пример за този закон, нека си представим самолетен двигател. Това е термодинамична система, която се състои от гориво, което химически реагира по време на процеса на изгаряне, отделя топлина и върши работа (което кара самолета да се движи). И така: ако можехме да измерим количеството извършена работа и отделената топлина, бихме могли да изчислим общата енергия на системата и да заключим, че енергията в двигателя е останала постоянна по време на полета: енергията не е била нито създадена, нито унищожена, а по-скоро е направена промяна на химична енергия да се калорична енергия ЙКинетична енергия (движение, тоест работа).
Вторият закон на термодинамиката
Вторият закон, наричан още "закон за ентропията", може да се обобщи с това, че количеството ентропия във Вселената има тенденция да се увеличава в метеорологично време. Това означава, че степента на разстройство на системите се увеличава до достигане на точка на равновесие, което е състоянието на най-голямо разстройство на системата.
Този закон въвежда основно понятие във физиката: концепцията за ентропия (представена с буквата S), която в случай на физически системи представлява степента на разстройство. Оказва се, че при всеки физически процес, при който има трансформация на енергия, определено количество енергия не може да се използва, тоест не може да върши работа. Ако не можете да вършите работа, в повечето случаи тази енергия е топлина. Тази топлина, която системата отделя, това, което прави, е да увеличава разстройството на системата, нейната ентропия. Ентропията е мярка за разстройството на системата.
Формулирането на този закон установява, че промяната в ентропията (dS) винаги ще бъде равна или по-голяма отпренос на топлина (dQ), разделено на температурата (T) на системата. Тоест, че: dS ≥ dQ / T.
За да разберете това с пример, достатъчно е да изгорите определено количество материя и след това събирайте получената пепел. Когато ги претеглим, ще се уверим, че това е по-малко материя от това, което е било в първоначалното си състояние: част от материята е била превърната в топлина под формата на газове че не могат да работят върху системата и че допринасят за нейното разстройство.
Трети закон на термодинамиката
Третият закон гласи, че ентропията на система, която е доведена до абсолютна нула, ще бъде определена константа. С други думи:
- При достигане на абсолютна нула (нула в единици Келвин), процесите на физическите системи спират.
- При достигане на абсолютна нула (нула в единици Келвин), ентропията има постоянна минимална стойност.
Трудно е да се достигне така наречената абсолютна нула (-273,15 ° C) на дневна база, но можем да мислим за този закон, като анализираме какво се случва във фризер: храна което депозираме там ще стане толкова студено, че биохимичните процеси вътре в него ще се забавят или дори ще спрат. Ето защо нейното разлагане се забавя и нейното потребление за много по-дълго.
Нулев закон на термодинамиката
"Нулевият закон" е известен с това име, въпреки че е бил последният, който се е кандидатствал. Също известен като Закон за топлинното равновесие, този принцип диктува, че: „Ако две системи са в топлинно равновесие независимо с трета система, те също трябва да бъдат в топлинно равновесие един с друг. Логически може да се изрази по следния начин: ако A = C и B = C, тогава A = B.
Този закон ни позволява да сравним топлинната енергия на три различни тела A, B и C. Ако тялото A е в топлинно равновесие с тялото C (те имат същата температура) и B също има същата температура като C, тогава A и B имат същата температура.
Друг начин да се заяви този принцип е да се твърди, че когато две тела с различни температури влязат в контакт, те обменят топлина, докато температурите им се изравнят.
Лесно се намират ежедневни примери за този закон. Когато влезем в студена или гореща вода, ще забележим разликата в температурата само през първите минути, тъй като тялото ни ще влезе в топлинно равновесие сВода и вече няма да забелязваме разликата. Същото се случва, когато влезем в топла или студена стая: отначало ще забележим температурата, но след това ще спрем да възприемаме разликата, защото ще влезем в топлинно равновесие с нея.