Trong thế giới vật lý, có một ngành chịu trách nhiệm nghiên cứu các sự biến đổi do nhiệt sinh ra và hoạt động trong một hệ thống. Đó là về nhiệt động lực học. Đây là một nhánh của vật lý có nhiệm vụ nghiên cứu tất cả các phép biến đổi chỉ là kết quả của các quá trình liên quan đến sự thay đổi các biến trạng thái của cả nhiệt độ và năng lượng ở cấp độ vĩ mô.
Trong bài viết này, chúng tôi sẽ cho bạn biết mọi thứ bạn cần biết về nhiệt động lực học và các nguyên tắc của nhiệt động lực học.
Các tính năng chính
Nếu chúng ta phân tích nhiệt động lực học cổ điển, chúng ta thấy rằng nó dựa trên khái niệm hệ vĩ mô. Hệ thống này chỉ là một phần của khối lượng vật chất hoặc khái niệm được tách ra khỏi môi trường bên ngoài. Để nghiên cứu tốt hơn các hệ nhiệt động lực học, người ta luôn giả định rằng nó là một khối vật chất không bị xáo trộn bởi sự trao đổi năng lượng với hệ sinh thái bên ngoài.
Trạng thái của một hệ thống vĩ mô là gì trong điều kiện cân bằng nó được quy định bởi các đại lượng gọi là biến nhiệt động lực học. Tất cả các biến này chúng ta đều biết là nhiệt độ, áp suất, thể tích và thành phần hóa học. Tất cả các biến này là những gì xác định các hệ thống và trạng thái cân bằng của chúng. Các ký hiệu chính trong nhiệt động lực học hóa học đã được thiết lập nhờ liên minh quốc tế được áp dụng. Với những đơn vị này, có thể làm việc và giải thích tốt hơn định luật nhiệt động lực học.
Tuy nhiên, có một nhánh nhiệt động lực học không nghiên cứu về trạng thái cân bằng mà có nhiệm vụ phân tích các quá trình nhiệt động lực học mà chủ yếu là không có khả năng đạt được điều kiện cân bằng một cách ổn định.
Pháp luật
Các nguyên tắc này đã bị tố cáo trong thế kỷ XNUMX. Họ chịu trách nhiệm điều chỉnh tất cả các biến đổi và tiến trình của chúng. Họ cũng phân tích những giới hạn thực sự là gì để có một quan niệm đúng đắn. Chúng là những tiên đề không thể chứng minh được nhưng cũng không thể chứng minh được dựa trên kinh nghiệm. Mọi lý thuyết về nhiệt động lực học đều dựa trên những nguyên lý này. Chúng ta có thể phân biệt 3 nguyên lý cơ bản cộng với nguyên lý nhưng đó là nguyên lý xác định nhiệt độ và đó là nguyên lý tiềm ẩn trong 3 nguyên lý còn lại.
Luật XNUMX
Chúng ta sẽ mô tả định luật XNUMX này là gì, đây là định luật đầu tiên mô tả nhiệt độ ẩn trong phần còn lại của các nguyên tắc. Khi hai hệ tương tác với nhau và ở trạng thái cân bằng nhiệt, chúng có chung một số tính chất. Các thuộc tính này mà chúng chia sẻ với nhau có thể được đo lường và đưa ra một giá trị số. Kết quả là, nếu hai hệ ở trạng thái cân bằng với một phần ba, chúng sẽ cân bằng với nhau và đặc tính được chia sẻ là nhiệt độ.
Do đó, nguyên tắc này nhưng chỉ đơn giản nói rằng nếu vật A cân bằng với vật B và vật B này cân bằng nhiệt với vật C thì vật A và C cũng ở trạng thái cân bằng nhiệt. Nguyên lý này giải thích thực tế là hai vật thể ở nhiệt độ khác nhau có thể trao đổi nhiệt với nhau. Sớm hay muộn thì cả hai vật đều đạt đến nhiệt độ như nhau nên chúng ở trạng thái cân bằng hoàn toàn.
Định luật đầu tiên của nhiệt động lực học
Khi một cơ thể được đặt tiếp xúc với một cơ thể lạnh hơn, một sự biến đổi sẽ xảy ra dẫn đến trạng thái cân bằng. Trạng thái cân bằng này dựa trên thực tế là nhiệt độ của hai vật bằng nhau vì sự truyền năng lượng được tăng cường giữa vật nóng cho vật lạnh. Để giải thích hiện tượng này, các nhà khoa học đã giả định rằng một chất nóng có mặt với số lượng lớn hơn đã đi qua một vật lạnh hơn. Người ta đã nghĩ đến một chất lỏng có thể di chuyển trong khối để có thể trao đổi nhiệt.
Nguyên tắc này có nhiệm vụ xác định nhiệt là một dạng năng lượng. Nó không phải là một chất vật chất. Bằng cách này, có thể chỉ ra rằng nhiệt, được đo bằng calo và công, được đo bằng jun, là tương đương nhau. Do đó, ngày nay chúng ta biết rằng 1 calo là khoảng 4,186 joules.
Có thể nói nguyên lý đầu tiên của nhiệt động lực học là nguyên lý bảo toàn cơ năng. Một lượng năng lượng trong động cơ nhiệt được chuyển thành công và có thể được nhìn thấy bởi bất kỳ máy nào có thể tạo ra công như vậy mà không tiêu tốn năng lượng. Chúng ta có thể thiết lập nguyên lý đầu tiên này là: độ biến thiên nội năng của hệ nhiệt động kín bằng hiệu số tồn tại giữa nhiệt lượng cung cấp cho hệ và công do hệ thực hiện trong môi trường.
Định luật thứ hai của nhiệt động lực học
Điều này ngay từ đầu cho thấy không thể chế tạo một máy chạy theo chu kỳ chỉ dẫn đến việc truyền nhiệt từ cơ thể lạnh sang cơ thể ấm. Chúng ta có thể nói rằng không thể thực hiện một sự chuyển đổi mà kết quả của nó sẽ chỉ là đó là chuyển đổi nhiệt lượng mà chúng ta đã chiết xuất từ một nguồn thành công cơ học.
Nguyên tắc này có nhiệm vụ phủ nhận khả năng tồn tại chuyển động vĩnh viễn đã biết của loài thứ hai. Chúng tôi biết rằng Sự hỗn loạn của một hệ thống vẫn bị cô lập không thay đổi khi xảy ra biến đổi thuận nghịch. Chúng ta cũng biết rằng nó tăng lên khi diễn ra sự biến đổi không thể đảo ngược.
Định luật thứ ba của nhiệt động lực học
Nguyên tắc cuối cùng này có liên quan chặt chẽ với nguyên tắc thứ hai và được coi như một hệ quả của nó. Nguyên tắc này khẳng định rằng không thể đạt được bản thể tuyệt đối về màu sắc với một số lần biến đổi hữu hạn. Chúng ta biết rằng độ không tuyệt đối không nhiều hơn nhiệt độ tối thiểu có thể đạt được. Theo đơn vị Kelvin chúng ta biết rằng nó là 0, nhưng tính theo độ C thì nó có giá trị là -273.15 độ.
Nó cũng nói rằng entropy đối với một chất rắn hoàn toàn kết tinh với nhiệt độ 0 kelvin bằng 0. Điều này có nghĩa là sẽ không có entropi, do đó hệ thống sẽ hoàn toàn ổn định. Năng lượng giải phóng, dịch chuyển và quay của các hạt tạo nên nó sẽ không là gì ở nhiệt độ 0 kelvin.
Tôi hy vọng rằng với những thông tin này, bạn có thể hiểu thêm về nhiệt động lực học và các nguyên lý cơ bản.