термодинамика

Обясняваме какво е термодинамика и от какво се състои термодинамичната система. Също така, какви са законите на термодинамиката.

Енергията може да се обменя от една система в друга само като топлина или работа.

Какво е термодинамика?

Нарича се термодинамика (от гръцки термос, "Топлина" и динамо, "Мощност, сила") към клона на физически която изучава механичните действия на топлината и други подобни форми на енергия. Неговото изследване подхожда към обектите като реални макроскопични системи чрез научен метод и дедуктивно разсъждение, като се обръща внимание на обширни променливи като напр ентропия, вътрешната енергия или сила на звука; както и неекстензивни променливи като напр температура, на налягане или химическия потенциал, наред с други видове величини.

Термодинамиката обаче не предлага интерпретация на величините, които изучава, и нейните обекти на изследване винаги са системи в състояние на равновесие, тоест такива, чиито характеристики се определят от вътрешни елементи, а не толкова от външни сили, действащи върху тях. Поради тази причина считайте, че Енергия може да се обменя само от една система в друга като a топлина или от работа.

Официалното изучаване на термодинамиката започва благодарение на Ото фон Герике през 1650 г., немски физик и юрист, който проектира и построява първата вакуумна помпа, опровергавайки Аристотел и неговата максима, че „природата се отвращава от вакуума“ с неговите приложения. След това изобретение учените Робърт Бойл и Робърт Хук те усъвършенстваха своите системи и разгледаха връзката между налягане, температура и обем. Така се раждат принципите на термодинамиката.

Термодинамична система

Отворените системи обменят енергия и материя с околната среда.

Термодинамичната система се разбира като част от Вселената, която за целите на изследването е концептуално изолирана от останалите и се опитва да разбере автономно. Обърнете внимание на начините, по които енергията се променя или запазва и в същото време на нейния обмен материя и/или енергия с околната среда или с други подобни системи (ако има такива). Следователно това е метод за изследване на термодинамиката.

Основният критерий за класифициране на тези системи се основава на степента им на изолация от околната среда, като по този начин се прави разлика между:

  • Отворени системи. Тези, които свободно обменят енергия и материя с околната среда, както правят повечето от известните системи в ежедневието. Например: кола. Едната му подава гориво и се връща в околната среда газове И топлина.
  • Затворени системи. Тези, които обменят енергия с околната среда, но не и материя. Това се случва със затворен контейнер, като консерва, чието съдържание е неизменно, но губи топлина сметеорологично време, разсейвайки го във въздуха около него.
  • Изолирани системи. Тези, които до известна степен не обменят енергия или материя с околната среда. Няма идеално изолирани системи, разбира се, но има до известна степен: термос, който съдържа Вода горещо ще запази температурата си за известно време, достатъчно, за да остане изолирано за известно време.

Закони на термодинамиката

"Нулевият закон" е логически изразен така: ако A = C и B = C, тогава A = B.

Термодинамиката се управлява от това, което е установено в нейните четири основни принципа или закона, формулирани от различни учени през цялата история на това дисциплина. Споменатите принципи или закони са:

  • Първи принцип, или Закон за запазване на енергията. Той заявява, че общото количество енергия във всяка физическа система, изолирана от околната среда, винаги ще бъде една и съща, въпреки че може да бъде трансформирана от една форма на енергия в много различни. С по-малко думи: "Енергията не може да бъде създадена или унищожена, а само трансформирана."
  • Трети принцип, или закон на абсолютната нула. Това диктува, че ентропията на система, която е доведена до абсолютна нула, винаги ще бъде определена константа. Това означава, че при достигане на абсолютна нула (-273,15 °C или 0 K), процесите на физическите системи спират и ентропията има постоянна минимална стойност.
  • Нулев принцип или закон за топлинно равновесие. Нарича се „нулев закон“, тъй като въпреки че е бил последен, основните и фундаментални предписания, които установява, имат предимство пред останалите три закона. Той диктува, че „ако са включени две системи топлинно равновесие независимо с трета система, те също трябва да бъдат в топлинно равновесие един с друг.

Химическа термодинамика

Химическата термодинамика е отделна област на изследване, фокусирана върху връзката между топлина и работа и химична реакция, всичко оформено в това, което е установено от принципите на термодинамиката. Тоест става дума за прилагането на законите на термодинамиката, особено първите два, към света на реакциите между вещества и съединения, за да се получат така наречените "фундаментални уравнения на Гибс", които управляват начина, по който химична енергия съдържащи се в различните съединения се променят и предават, или как степента на ентропия на Вселената всеки път, когато възникне спонтанна реакция.

!-- GDPR -->