Trong lĩnh vực vật lý, có một ngành phụ trách nghiên cứu các sự biến đổi do nhiệt sinh ra và hoạt động trong hệ thống. Đó là về nhiệt động lực học. Đây là một nhánh của vật lý chịu trách nhiệm nghiên cứu tất cả các quá trình chuyển đổi, chỉ là kết quả của một quá trình liên quan đến những thay đổi trong các biến trạng thái của nhiệt độ và năng lượng ở cấp độ vĩ mô. Có một số nguyên lý nhiệt động lực học là nền tảng cho nhiều khía cạnh của vật lý.
Vì vậy, chúng tôi sẽ cho bạn biết trong bài viết này các nguyên tắc của nhiệt động lực học là gì và tầm quan trọng của nó là gì.
Đặc điểm của nhiệt động lực học
Nếu chúng ta phân tích nhiệt động lực học cổ điển, chúng ta sẽ thấy rằng nó dựa trên khái niệm hệ vĩ mô. Hệ thống này chỉ là một phần của chất lượng vật lý hoặc khái niệm của sự tách biệt khỏi môi trường bên ngoài. Để nghiên cứu tốt hơn hệ thống nhiệt động lực học, người ta luôn giả định rằng nó là một khối vật chất mà nó không bị xáo trộn bởi sự trao đổi năng lượng với hệ sinh thái bên ngoài.
Trạng thái của một hệ vĩ mô ở trạng thái cân bằng được quy định bởi các đại lượng gọi là các biến nhiệt động lực học. Chúng ta biết tất cả các biến số này: nhiệt độ, áp suất, thể tích và thành phần hóa học. Tất cả các biến này xác định hệ thống và trạng thái cân bằng của nó. Nhờ liên minh ứng dụng quốc tế, các ký hiệu chính của nhiệt động lực học hóa học đã được thiết lập. Sử dụng các đơn vị này có thể hoạt động tốt hơn và giải thích các nguyên tắc của nhiệt động lực học.
Tuy nhiên, có một nhánh nhiệt động lực học không nghiên cứu cân bằng, Đúng hơn, họ phụ trách phân tích các quá trình nhiệt động lực học có đặc điểm chủ yếu là không có khả năng đạt được các điều kiện cân bằng một cách ổn định.
Nguyên lý nhiệt động lực học
Có 4 nguyên lý nhiệt động lực học, được liệt kê từ XNUMX đến XNUMX điểm, những định luật này giúp hiểu tất cả các quy luật vật lý trong vũ trụ của chúng ta và không thể nhìn thấy một số hiện tượng nhất định trong thế giới của chúng ta. Chúng còn được biết đến với tên gọi các định luật nhiệt động lực học. Các luật này có nguồn gốc khác nhau. Một số được xây dựng từ các công thức trước đó. Định luật cuối cùng của nhiệt động lực học được biết đến là định luật số không. Những luật này là vĩnh viễn trong tất cả các cuộc điều tra và nghiên cứu được thực hiện trong phòng thí nghiệm. Chúng rất cần thiết để hiểu cách vũ trụ của chúng ta hoạt động. Chúng tôi sẽ mô tả từng nguyên lý của nhiệt động lực học.
Nguyên tắc đầu tiên
Định luật này nói rằng năng lượng không thể được tạo ra hoặc bị phá hủy, nó chỉ có thể được chuyển hóa. Đây còn được gọi là định luật bảo toàn năng lượng. Thật, điều này có nghĩa là trong bất kỳ hệ thống vật chất nào bị cô lập khỏi môi trường của nó, tất cả năng lượng của nó sẽ luôn giống nhau. Mặc dù năng lượng có thể được chuyển đổi thành các dạng năng lượng khác ở dạng này hay dạng khác, nhưng tổng của tất cả các năng lượng này luôn bằng nhau.
Chúng tôi sẽ đưa ra một ví dụ để hiểu rõ hơn. Theo nguyên tắc này, nếu chúng ta đóng góp một lượng năng lượng nhất định vào hệ vật chất dưới dạng nhiệt, chúng ta có thể tính tổng năng lượng bằng cách tìm sự khác biệt giữa sự gia tăng nội năng và công do hệ thực hiện và môi trường xung quanh nó. Đó là, sự khác biệt giữa năng lượng mà hệ thống có tại thời điểm đó và công việc nó đã thực hiện sẽ là nhiệt năng được giải phóng.
Nguyên tắc thứ hai
Nếu có đủ thời gian, tất cả các hệ thống cuối cùng sẽ mất thăng bằng. Nguyên tắc này còn được gọi là định luật entropi. Nó có thể được tóm tắt như sau. Lượng entropy trong vũ trụ sẽ tăng lên theo thời gian. Entropy của hệ thống là một chỉ số để đo mức độ rối loạn. Nói cách khác, Nguyên lý thứ hai của nhiệt động lực học cho chúng ta biết rằng một khi hệ thống đạt đến điểm cân bằng, nó sẽ làm tăng mức độ rối loạn trong hệ thống. Điều này có nghĩa là nếu chúng ta cho một hệ thống đủ thời gian, thì cuối cùng nó sẽ trở nên mất cân bằng.
Đây là định luật có nhiệm vụ giải thích tính không thể đảo ngược của một số hiện tượng vật lý. Ví dụ: nó giúp chúng tôi giải thích tại sao một bài báo một tờ giấy đã bị đốt cháy không thể trở lại hình dạng ban đầu. Trong hệ thống được gọi là giấy và lửa này, tình trạng hỗn loạn đã gia tăng đến mức không thể quay trở lại nguồn gốc của nó. Định luật này đưa ra hàm trạng thái entropy, hàm này trong trường hợp hệ thống vật lý chịu trách nhiệm đại diện cho mức độ rối loạn và sự mất năng lượng không thể tránh khỏi của nó.
Để hiểu nguyên lý thứ hai của nhiệt động lực học, chúng ta sẽ đưa ra một ví dụ. Nếu chúng ta đốt cháy một lượng vật chất nhất định và đặt quả bóng cùng với tro tạo thành, chúng ta có thể thấy rằng có ít vật chất hơn so với trạng thái ban đầu. Điều này là do vật chất đã biến thành khí Chúng không thể được phục hồi và chúng phải phân tán và lộn xộn. Đây là cách chúng ta thấy rằng ở trạng thái một có ít nhất entropy hơn ở trạng thái hai.
Nguyên tắc thứ ba
Khi đạt đến độ không tuyệt đối, quá trình hệ thống vật lý dừng lại. Độ không tuyệt đối là nhiệt độ thấp nhất mà chúng ta có thể đạt tới. Trong trường hợp này, chúng tôi đo nhiệt độ theo độ Kelvin. Theo cách này, có thể nói rằng nhiệt độ và sự làm mát làm cho entropy của hệ thống bằng không. Trong những trường hợp này, nó giống một hằng số xác định hơn. Khi nó đạt đến độ không tuyệt đối, quá trình hệ thống vật lý dừng lại. Do đó, entropi sẽ có giá trị nhỏ nhất nhưng không đổi.
Đạt được độ không tuyệt đối hay không là một việc không hề đơn giản. Giá trị XNUMX tuyệt đối của độ Kelvin là XNUMX, nhưng nếu chúng ta sử dụng nó trong Thang đo nhiệt độ độ C, là -273,15 độ.
Luật XNUMX
Luật này là sau đó giả định và nói rằng nếu A = C và B = C, thì A = B. Điều này thiết lập các quy luật cơ bản và cơ bản của ba định luật khác của nhiệt động lực học. Đó là một tên giả định quy luật cân bằng nhiệt. Nói cách khác, nếu hệ và các hệ khác độc lập ở trạng thái cân bằng nhiệt thì chúng phải ở trạng thái cân bằng nhiệt. Định luật này cho phép thiết lập các nguyên tắc về nhiệt độ. Nguyên tắc này được sử dụng để so sánh nhiệt năng của hai vật thể khác nhau ở trạng thái cân bằng nhiệt. Nếu hai vật này ở trạng thái cân bằng nhiệt, chúng sẽ ở cùng một nhiệt độ một cách không cần thiết. Mặt khác, nếu chúng cùng làm thay đổi cân bằng nhiệt của hệ thứ ba thì chúng cũng ảnh hưởng lẫn nhau.
Tôi hy vọng rằng với những thông tin này, bạn có thể tìm hiểu thêm về các nguyên tắc của nhiệt động lực học các đặc điểm của nó.