Fizikas pasaulē ir filiāle, kas ir atbildīga par siltuma radīto transformāciju izpēti un darbu sistēmā. Tas ir par termodinamika. Tā ir fizikas nozare, kas ir atbildīga par visu transformāciju izpēti, kas rodas tikai no procesiem, kas saistīti ar temperatūras un enerģijas stāvokļa mainīgo izmaiņām makroskopiskā līmenī.
Šajā rakstā mēs jums pastāstīsim visu, kas jums jāzina par termodinamiku un termodinamikas principiem.
galvenās iezīmes
Ja mēs veicam klasiskās termodinamikas analīzi, redzam, ka tā ir balstīta uz makroskopiskās sistēmas jēdzienu. Šī sistēma ir nekas cits kā fiziskās vai konceptuālās masas daļa, kas ir atdalīta no ārējās vides. Lai labāk izpētītu termodinamiskās sistēmas, vienmēr tiek pieņemts, ka tā ir fiziska masa, kuru netraucē enerģijas apmaiņa ar ārējo ekosistēmu.
Makroskopiskās sistēmas stāvoklis līdzsvara apstākļos to nosaka lielumi, ko sauc par termodinamiskiem mainīgajiem. Mēs zinām visus šos mainīgos, un tie ir temperatūra, spiediens, tilpums un ķīmiskais sastāvs. Visi šie mainīgie ir tie, kas nosaka sistēmas un to līdzsvaru. Galvenie ķīmiskās termodinamikas apzīmējumi ir izveidoti, pateicoties pielietotajai starptautiskajai savienībai. Ar šīm vienībām ir iespējams strādāt un labāk izskaidrot termodinamikas likumu.
Tomēr ir kāda termodinamikas nozare, kas nepēta līdzsvaru, bet ir atbildīga par termodinamisko procesu analīzi, kurus galvenokārt raksturo nespēj stabilā veidā panākt līdzsvara apstākļus.
Likumi
Principus XNUMX. gadsimta laikā nosodīja Isa, kurš Viņi ir atbildīgi par visu pārveidojumu un to progresa regulēšanu. Viņi arī analizē, kādas ir reālās robežas, lai iegūtu patiesu priekšstatu. Tās ir aksiomas, kuras nevar pierādīt, bet kuras nav pierādītas, pamatojoties uz pieredzi. Katra termodinamikas teorija balstās uz šiem principiem. Mēs varam atšķirt 3 pamatprincipus un principu, bet tas ir tas, kas nosaka temperatūru un kas ir netieši noteikts pārējos 3 principos.
Nulles likums
Mēs aprakstīsim, kas ir šis nulles likums, kas ir pirmais, kas apraksta temperatūru, kas ir netieša pārējos principos. Kad divas sistēmas mijiedarbojas savā starpā un atrodas siltuma līdzsvarā, tām ir dažas īpašības. Šīs īpašības, kuras viņi dala savā starpā, var izmērīt un piešķirt skaitlisku vērtību. Tā rezultātā, ja abas sistēmas ir līdzsvarā ar trešo, tās būs līdzsvarā viena ar otru un kopīgais īpašums ir temperatūra.
Tāpēc šis princips, bet vienkārši norāda, ka, ja ķermenis A bija līdzsvarā ar ķermeni B, un šis ķermenis B atradīsies termiskā līdzsvarā ar ķermeni C, tad arī ķermeņi A un C būs līdzsvarā termiskā. Šis princips izskaidro faktu, ka divi ķermeņi dažādās temperatūrās var savstarpēji apmainīt siltumu. Agrāk vai vēlāk abi ķermeņi sasniedz vienādu temperatūru, tāpēc tie atrodas pilnīgā līdzsvarā.
Pirmais termodinamikas likums
Kad ķermenis nonāk saskarē ar aukstāku ķermeni, notiek transformācija, kas noved pie līdzsvara stāvokļa. Šis līdzsvara stāvoklis ir balstīts uz faktu, ka abu ķermeņu temperatūra ir vienāda, jo enerģijas pārnese starp karsto ķermeni tiek pastiprināta aukstajam ķermenim. Lai izskaidrotu šo parādību, zinātnieki pieņēma, ka karsta viela, kas atrodas lielākos daudzumos, izturēja aukstāku ķermeni. Tika domāts par šķidrumu, kas varētu pārvietoties pa masu, lai varētu apmainīt siltumu.
Šis princips ir atbildīgs par siltuma kā enerģijas veida identificēšanu. Tā nav materiāla viela. Tādā veidā varētu pierādīt, ka siltums, ko mēra kalorijās, un darbs, ko mēra džoulos, ir līdzvērtīgi. Tāpēc mēs to šodien zinām 1 kalorija ir aptuveni 4,186 džouli.
Var teikt, ka pirmais termodinamikas princips ir enerģijas saglabāšanas princips. Enerģijas daudzums siltuma dzinējā tiek pārveidots par darbu, un to var redzēt jebkura mašīna, kas var radīt šādu darbu bez enerģijas patēriņa. Šo pirmo principu mēs varam noteikt kā: slēgtas termodinamiskās sistēmas iekšējās enerģijas izmaiņas ir vienādas ar starpību, kas pastāv starp sistēmai piegādāto siltumu un minētās sistēmas veikto darbu vidē.
Otrais termodinamikas likums
Tas sākumā nosaka, ka nav iespējams izgatavot ciklisku mašīnu, kuras rezultātā siltums pāriet tikai no auksta ķermeņa uz siltu ķermeni. Mēs varam teikt, ka nav iespējams veikt transformāciju, kuras rezultāts būs tikai no siltuma, ko esam ieguvuši no viena avota, pārveidot par mehānisku darbu.
Šis princips ir atbildīgs par iespēju noliegšanu, ka pastāv labi pazīstama otrās sugas mūžīgā kustība. Mēs zinām, ka entropija sistēmas darbība paliek izolēta nemainīga, kad notiek atgriezeniska transformācija. Mēs arī zinām, ka tas palielinās, kad notiek neatgriezeniska pārveidošanās.
Trešais termodinamikas likums
Šis pēdējais princips ir cieši saistīts ar otro un tiek uzskatīts par tā seku. Šis princips apstiprina, ka absolūtu būtni nevar sasniegt krāsā ar ierobežotu transformāciju skaitu. Mēs zinām, ka absolūtā nulle nav lielāka par minimālo temperatūru, kuru var sasniegt. Vienībās Mums zināmā Kelvina vērtība ir 0, bet pēc Celsija grādiem tā vērtība ir -273.15 grādi.
Tajā arī teikts, ka entropija cietai vielai, kas ir pilnīgi kristāliska un kuras temperatūra ir 0 kelvīns, ir vienāda ar 0. Tas nozīmē, ka entropijas nebūtu, tāpēc sistēma būtu pilnīgi stabila. To veidojošo daļiņu atbrīvošanās, tulkošanas un rotācijas enerģija 0 kelvina temperatūrā nebūtu nekas.
Es ceru, ka ar šo informāciju jūs varat uzzināt vairāk par termodinamiku un pamatprincipiem.