A termodinamika törvényei
Elmagyarázzuk Önnek, hogy mi a termodinamikai törvények, mi származik ezeknek az alapelveknek és mindegyikük főbb jellemzői.
Melyek a termodinamika törvényei?
A termodinamika törvényeiről vagy a termodinamika alapelveiről beszélve a fizika ezen ágának legalapvetőbb megfogalmazásaira utalunk, amint azt a neve is sugallja (a görög a hő és az ismert energia más formáinak dinamikájában a dinamikákat, az energiahatékonyságot, az energiaellátást és a dinamikát.
Ezek a termodinamikai törvények vagy alapelvek olyan képletek és egyenletek sorozatát képezik, amelyek leírják az úgynevezett termodinamikai rendszerek viselkedését, vagyis az univerzum egy részét, amely elméletileg el van szigetelve tanulmányozása és megértése az alapvető fizikai mennyiségek felhasználásával: hőmérséklet, energia és entrópia.
A termodinamika négy törvénye van, nullától háromig felsorolva, amelyek célja az univerzum fizikai törvényeinek megértése, valamint bizonyos jelenségek, például az örök mozgás lehetetlenségének megértése .
Lásd még: Az energiatakarékosság elve.
A termodinamikai törvények eredete
A termodinamika négy alapelvének eltérő eredete van, és néhányat az előzőekből megfogalmazták . Az első, amelyet valójában a második, a francia fizikus és mérnök, Nicol Licolson Sadi Carnot 1824-es munkája alkotott.
1860-ban azonban ezt az elvet ismét Rudolf Clausius és William Thompson megfogalmazta, majd hozzáadja azt, amit most a termodinamika első törvényének hívunk. Később a harmadik, modernabb megjelenik, Walther Nernst 1906 és 1912 közötti tanulmányainak köszönhetően, ezért Nernst posztulátumának is nevezik.
Végül, a „zéró nullad” felhívás 1930-ban jelenik meg, amelyet Guggenheim és Fowler javasolt. Azt kell mondani, hogy nem minden területen valós törvénynek elismertnek.
A termodinamika első törvénye
Ennek a törvénynek a címe: "Energiatakarékossági törvény", mivel azt diktálja, hogy a környezetetől elkülönített bármely fizikai rendszerben az összes energiamennyiség mindig azonos lesz, annak ellenére, hogy energia formájává alakítható. különbözőeknek. Vagy más szavakkal: "Az energiát nem lehet létrehozni vagy pusztítani, csak átalakítani."
Így egy bizonyos mennyiségű hő (Q) betáplálása a fizikai rendszerhez kiszámítja annak teljes energiamennyiségét a belső energia (ΔU) növekedésének és a rendszer által a rendszer által elvégzett munka (W) különbségének kiszámításával. környéket. Vagy egy képletben kifejezve: Q = ΔU + W, vagy: ΔU = Q - W, ami azt jelenti, hogy a rendszer energia és az elvégzett munka közötti különbség hőenergiaként (hőként) mindig leválasztódik a rendszertől.
Ennek a törvénynek a példájaként képzeljük el egy repülőgép motorját . Ez egy olyan termodinamikai rendszer, amelybe az üzemanyag belép, amely a levegőben levő oxigénnel és az égés során keletkező szikrával reagálva jelentős mennyiségű hőt és munkát bocsát ki. Ez utóbbi pontosan az a mozgás, amely előre tolja a síkot. Tehát: ha meg tudnánk mérni az elfogyasztott tüzelőanyag mennyiségét, a munka (mozgás) és a leadott hő mennyiségét, kiszámolhatnánk a rendszer teljes energiáját, és arra a következtetésre juthatnánk, hogy a motorban az energia a repülés során állandó maradt, és azt sem hozták létre sem az energiát nem pusztították el, hanem kémiai energiáról kalória- és kinetikus energiára (mozgás, azaz munka) változott.
A termodinamika második törvénye
Ez a második elv, amelyet néha az entrópia törvényének hívnak, összefoglalható azzal, hogy „az entrópia mennyisége az univerzumban idővel növekszik” . Ez azt jelenti, hogy a rendszerek rendezetlenségének foka növekszik, amikor elérték az egyensúlyi pontot, így elegendő időt adva az összes rendszer végül hajlamos az egyensúlyhiányra.
Ez a törvény magyarázza a fizikai jelenségek visszafordíthatatlanságát, vagyis azt a tényt, hogy ha egyszer egy papír megégik, azt nem lehet visszaállítani az eredeti formájába . Ezenkívül bevezeti az entrópia állapotfüggvényt (S-ként ábrázolva), amely fizikai rendszerek esetén a rendellenesség fokát, azaz elkerülhetetlen veszteségét képviseli. az energia. Ezért az entrópia kapcsolódik egy olyan energiafogyasztáshoz, amelyet egy rendszer nem használ fel, és amely a környezetet veszíti el. Különösen, ha ez az A egyensúlyi állapotról B egyensúlyi állapotra vált: ez utóbbi nagyobb entrópiájú, mint az első.
E törvény megfogalmazása megállapítja, hogy az entrópia változása (dS) mindig egyenlő vagy nagyobb, mint a hőátadás (Q), elosztva a rendszer hőmérsékletével (T). Vagyis dS Q / T
És hogy ezt egy példával megértsük, egyszerűen elégetünk egy bizonyos anyagmennyiséget, majd összegyűjtjük a kapott hamut. Mérlegelésükkel ellenőrizni fogjuk, hogy kevésbé lényeges-e, mint az eredeti állapotában. Miért? Mivel az anyag egy része helyrehozhatatlan gázokká vált, amelyek hajlamosak szétszóródásra és rendellenességekre, azaz elvesznek a folyamat során. Ezért nem lehet megfordítani ezt a reakciót.
A termodinamika harmadik törvénye
Ez az elv a hőmérsékletre és a hűtésre vonatkozik, kijelentve, hogy egy rendszer abszolút nullájára entrópiája határozott állandó . Más szavakkal:
- Az abszolút nulla (0 K) elérésekor a fizikai rendszerek folyamata leáll.
- Az abszolút nulla (0 K) elérésekor az entrópia állandó állandó értéke lesz.
Nehéz elérni az úgynevezett abszolút nullát (-273, 15 ° C), mintha egyszerű példát adna erről a törvényről. Össze lehet hasonlítani azzal, ami történik a fagyasztóban: az ott tárolt élelmiszerek annyira lehűlnek és olyan alacsony hőmérsékleten, hogy lelassítják, vagy akár le is állítják a biokémiai folyamatokat. Ez az oka annak, hogy a bomlás késik, és sokkal hosszabb ideig tart a fogyasztása számára.
A termodinamika törvénye
A „zéró nullat” ennek a névnek is nevezik, mert bár ez volt az utolsó futtatás, alapvető és alapvető előírásokat fogalmaz meg a másik háromra vonatkozóan . De a valóságban a neve a termikus egyensúly törvénye. Ez az elv azt diktálja, hogy: Ha két rendszer egymástól függetlenül termikus egyensúlyban van, egy harmadik rendszerrel, akkor közöttük is hőegyensúlyban kell lenniük. Ez logikusan a következőképpen fejezhető ki: ha A = C és B = C, akkor A = B.
Egyszerűen fogalmazva: ez a törvény lehetővé teszi a hőmérséklet elvének megállapítását két különböző test hőenergiájának összehasonlítása alapján: ha ezek hőegyensúlyban vannak Igen, akkor szükségszerűen ugyanaz a hőmérséklet lesz. És tehát, ha mindkettő termikus egyensúlyban van egy harmadik rendszerrel, akkor ők is egymással vannak.
Könnyen megtalálható ennek a törvénynek a mindennapi példái. Amikor hideg vagy meleg vízbe kerülünk, csak egy ideig vesszük észre a hőmérsékleti különbséget, mivel testünk ezután termikus egyensúlyba kerül a vízzel, és a különbséget már nem vesszük észre. Ugyanez történik, amikor meleg vagy hideg helyiségbe lépünk: kezdetben észrevesszük a hőmérsékletet, de akkor abbahagyjuk a különbség észlelését, mivel vele együtt egyensúlyi állapotba lépünk.
