- Kādi ir termodinamikas likumi?
- Termodinamikas likumu izcelsme
- Pirmais termodinamikas likums
- Otrais termodinamikas likums
- Trešais termodinamikas likums
- Termodinamikas nulles likums
Mēs izskaidrojam, kādi ir termodinamikas likumi, kāda ir šo principu izcelsme un katra galvenās īpašības.
Kādi ir termodinamikas likumi?
Termodinamikas likumi (vai termodinamikas principi) apraksta trīs fundamentālo fizisko lielumu uzvedību temperatūra, Enerģija unentropija, kas raksturo termodinamiskās sistēmas. Termins "termodinamika" nāk no grieķu valodas termoss, Ko tas nozīmē "karstums", Y dinamo, Ko tas nozīmē "spēku”.
Matemātiski šos principus apraksta a komplekts vienādojumi, kas izskaidro termodinamisko sistēmu uzvedību, kas definēta kā jebkurš pētījuma objekts (no a molekula vai a cilvēks, līdz atmosfēra vai verdošu ūdeni katliņā).
Ir četri termodinamikas likumi, un tie ir būtiski, lai izprastu fiziskos likumus Visums un noteiktu parādību, piemēram, neiespējamību kustība mūžīgs.
Termodinamikas likumu izcelsme
Četri principi termodinamika Tiem ir dažāda izcelsme, un daži tika formulēti no iepriekšējiem. Pirmais, kas tika izveidots, faktiski bija otrais, franču fiziķa un inženiera Nikolasa Leonāra Sadi Karno darbs 1824. gadā.
Tomēr 1860. gadā šo principu vēlreiz formulēja Rūdolfs Klausiuss un Viljams Tompsons, pievienojot to, ko mēs tagad saucam par Pirmo termodinamikas likumu. Vēlāk parādījās trešais, kas pazīstams arī kā "Nersta postulāts", jo tas radās, pateicoties Valtera Nernsta pētījumiem no 1906. līdz 1912. gadam.
Visbeidzot, 1930. gadā parādījās tā sauktais "nulles likums", ko ierosināja Gugenheims un Faulers. Jāteic, ka ne visās jomās tas tiek atzīts par patiesu likumu.
Pirmais termodinamikas likums
Pirmo likumu sauc par "Enerģijas nezūdamības likumu", jo tas nosaka, ka jebkurā sistēma izolēts no apkārtējās vides, kopējais enerģijas daudzums vienmēr būs vienāds, lai gan to var pārveidot no viena enerģijas veida uz dažādiem. Vai citiem vārdiem sakot: enerģiju nevar radīt vai iznīcināt, to var tikai pārveidot.
Tādējādi, piegādājot fiziskai sistēmai noteiktu siltuma daudzumu (Q), tās kopējo enerģijas daudzumu var aprēķināt kā piegādāto siltumenerģiju mīnusdarbs (W), ko sistēma veic tās apkārtnē. Izteikts formulā: ΔU = Q - W.
Kā piemēru šim likumam iedomāsimies lidmašīnas dzinēju. Tā ir termodinamiska sistēma, kas sastāv no degvielas, kas ķīmiski reaģē procesa laikā degšana, izdala siltumu un darbojas (kas liek lidmašīnai kustēties). Tātad: ja mēs varētu izmērīt paveiktā darba apjomu un izdalīto siltumu, mēs varētu aprēķināt kopējo sistēmas enerģiju un secināt, ka enerģija dzinējā lidojuma laikā palika nemainīga: enerģija netika ne radīta, ne iznīcināta, bet gan mainīta. no ķīmiskā enerģija uz kaloriju enerģija YKinētiskā enerģija (kustība, tas ir, darbs).
Otrais termodinamikas likums
Otro likumu, ko sauc arī par "entropijas likumu", var rezumēt tā, ka daudzums entropija Visumā ir tendence palielināties laikapstākļi. Tas nozīmē, ka sistēmu nesakārtotības pakāpe palielinās, līdz tiek sasniegts līdzsvara punkts, kas ir sistēmas lielākās nekārtības stāvoklis.
Šis likums ievieš fundamentālu jēdzienu fizikā: entropijas jēdzienu (apzīmē ar burtu S), kas fizisko sistēmu gadījumā apzīmē nekārtības pakāpi. Izrādās, ka katrā fiziskajā procesā, kurā notiek enerģijas transformācija, noteikts enerģijas daudzums nav izmantojams, proti, nevar veikt darbu. Ja jūs nevarat veikt darbu, vairumā gadījumu šī enerģija ir siltums. Siltums, ko sistēma izdala, tas palielina sistēmas nekārtību, tās entropiju. Entropija ir sistēmas nekārtības mērs.
Šī likuma formulējums nosaka, ka entropijas izmaiņas (dS) vienmēr būs vienādas vai lielākas parsiltuma pārnesi (dQ), dalīts ar sistēmas temperatūru (T). Tas ir, ka: dS ≥ dQ / T.
Lai to saprastu ar piemēru, pietiek sadedzināt noteiktu daudzumu jautājums un pēc tam savāc iegūtos pelnus. Nosverot tos, mēs pārbaudīsim, vai tā ir mazāka par to, kas bija sākotnējā stāvoklī: daļa vielas tika pārvērsta siltumā gāzes ka viņi nevar strādāt pie sistēmas un ka viņi veicina tās traucējumus.
Trešais termodinamikas likums
Trešais likums nosaka, ka sistēmas entropija, kas ir sasniegta līdz absolūtai nullei, būs noteikta konstante. Citiem vārdiem sakot:
- Sasniedzot absolūto nulli (nulle Kelvina vienībās), fizisko sistēmu procesi apstājas.
- Sasniedzot absolūto nulli (nulle Kelvina vienībās), entropijai ir nemainīga minimālā vērtība.
Ikdienā ir grūti sasniegt tā saukto absolūto nulli (-273,15 ° C), taču mēs varam domāt par šo likumu, analizējot to, kas notiek saldētavā: ēdiens ka mēs tur noguldīsim, kļūs tik auksts, ka bioķīmiskie procesi tajā palēnināsies vai pat apstāsies. Tāpēc tā sadalīšanās tiek aizkavēta un tās patēriņu daudz ilgāk.
Termodinamikas nulles likums
"Nulles likums" ir pazīstams ar šo nosaukumu, lai gan tas bija pēdējais. Zināms arī kā Termiskā līdzsvara likums, šis princips nosaka, ka: “Ja ir divas sistēmas termiskais līdzsvars neatkarīgi no trešās sistēmas tiem arī jābūt termiskā līdzsvarā vienam ar otru. To var loģiski izteikt šādi: ja A = C un B = C, tad A = B.
Šis likums ļauj salīdzināt trīs dažādu ķermeņu A, B un C siltumenerģiju. Ja ķermenis A atrodas termiskā līdzsvarā ar ķermeni C (tiem ir vienāda temperatūra) un arī B ir tāda pati temperatūra kā C, tad A un C. B ir vienāda temperatūra.
Vēl viens veids, kā noteikt šo principu, ir apgalvot, ka, saskaroties diviem ķermeņiem ar atšķirīgu temperatūru, tie apmainās ar siltumu, līdz to temperatūra izlīdzinās.
Šī likuma ikdienas piemērus ir viegli atrast. Nokļūstot aukstā vai karstā ūdenī, temperatūras atšķirību pamanīsim tikai pirmajās minūtēs, jo pēc tam mūsu ķermenis nonāks termiskā līdzsvarā arŪdens un mēs vairs nepamanīsim atšķirību. Tas pats notiek, kad ieejam karstā vai aukstā telpā: sākumā pamanīsim temperatūru, bet pēc tam pārstāsim uztvert atšķirību, jo nonāksim ar to termiskā līdzsvarā.