- Kokie yra termodinamikos dėsniai?
- Termodinamikos dėsnių kilmė
- Pirmasis termodinamikos dėsnis
- Antrasis termodinamikos dėsnis
- Trečiasis termodinamikos dėsnis
- Nulinis termodinamikos dėsnis
Aiškiname, kokie yra termodinamikos dėsniai, kokia šių principų kilmė ir pagrindinės kiekvieno iš jų charakteristikos.
Kokie yra termodinamikos dėsniai?
Termodinamikos dėsniai (arba termodinamikos principai) apibūdina trijų pagrindinių fizikinių dydžių elgseną temperatūros, Energija irentropija, kurie apibūdina termodinamines sistemas. Terminas „termodinamika“ kilęs iš graikų kalbos termosas, Ką tai reiškia "karštis“, Y dinamos, Ką tai reiškia "jėga”.
Matematiškai šiuos principus apibūdina a rinkinys lygčių, paaiškinančių termodinaminių sistemų, apibrėžtų kaip bet koks tyrimo objektas, elgesį (nuo a molekulė arba a zmogus, iki atmosfera arba puode verdančio vandens).
Yra keturi termodinamikos dėsniai ir jie yra labai svarbūs norint suprasti fizikinius dėsnius visata ir tam tikrų reiškinių, tokių kaip judėjimas amžinas.
Termodinamikos dėsnių kilmė
Keturi principai termodinamika Jie turi skirtingą kilmę, o kai kurie buvo suformuluoti iš ankstesnių. Iš tikrųjų pirmasis buvo sukurtas antrasis – prancūzų fiziko ir inžinieriaus Nicolás Léonard Sadi Carnot darbas 1824 m.
Tačiau 1860 m. šį principą vėl suformulavo Rudolfas Clausius ir Williamas Thompsonas, pridėdami tai, ką dabar vadiname Pirmuoju termodinamikos dėsniu. Vėliau pasirodė trečiasis, dar vadinamas „Nersto postulatu“, nes atsirado Waltherio Nernsto studijų dėka 1906–1912 m.
Galiausiai 1930 metais pasirodė vadinamasis „nulinis įstatymas“, kurį pasiūlė Guggenheimas ir Fowleris. Reikia pasakyti, kad ne visose srityse tai pripažįstama tikru įstatymu.
Pirmasis termodinamikos dėsnis
Pirmasis įstatymas vadinamas „Energijos tvermės įstatymu“, nes jis tai diktuoja bet kuriame sistema izoliuotas nuo aplinkos, bendras energijos kiekis visada bus toks pat, net jei jis gali būti transformuojamas iš vienos energijos formos į skirtingas. Arba kitaip: energijos negalima sukurti ar sunaikinti, ji tik transformuojama.
Taigi, tiekiant tam tikrą kiekį šilumos (Q) į fizinę sistemą, jos bendras energijos kiekis gali būti apskaičiuojamas kaip tiekiama šiluma atėmusdarbas (W), kurią sistema atlieka savo aplinkoje. Išreiškiama formule: ΔU = Q - W.
Kaip šio įstatymo pavyzdį įsivaizduokime lėktuvo variklį. Tai termodinaminė sistema, susidedanti iš kuro, kuris chemiškai reaguoja proceso metu degimo, išskiria šilumą ir veikia (dėl to lėktuvas juda). Taigi: jei galėtume išmatuoti atlikto darbo kiekį ir išskiriamą šilumą, galėtume apskaičiuoti bendrą sistemos energiją ir daryti išvadą, kad skrydžio metu energija variklyje išliko pastovi: energija nebuvo nei sukurta, nei sunaikinta, o keičiama. apie cheminė energija į kalorijų energijos YKinetinė energija (judėjimas, tai yra darbas).
Antrasis termodinamikos dėsnis
Antrasis dėsnis, dar vadinamas „entropijos dėsniu“, gali būti apibendrintas taip, kad kiekis entropija Visatoje linkęs didėti oras. Tai reiškia, kad sistemų netvarkingumo laipsnis didėja, kol pasiekia pusiausvyros tašką, kuris yra didžiausio sistemos sutrikimo būsena.
Šis dėsnis įveda pagrindinę fizikos sąvoką: entropijos sąvoką (pavaizduota raide S), kuri fizinių sistemų atveju reiškia netvarkos laipsnį. Pasirodo, kiekviename fiziniame procese, kuriame vyksta energijos transformacija, tam tikras energijos kiekis yra nepanaudotas, tai yra negali atlikti darbo. Jei negalite dirbti, dažniausiai ta energija yra šiluma. Ta šiluma, kurią sistema išskiria, tai padidina sistemos netvarką, jos entropiją. Entropija yra sistemos sutrikimo matas.
Šio dėsnio formuluotė nustato, kad entropijos pokytis (dS) visada bus lygus arba didesnis užšilumos perdavimas (dQ), padalintas iš sistemos temperatūros (T). Tai yra, kad: dS ≥ dQ / T.
Norint tai suprasti pavyzdžiu, pakanka sudeginti tam tikrą kiekį reikalas o tada surinkite susidariusius pelenus. Pasvėrę juos patikrinsime, ar tai mažesnė materija nei buvo pradinėje būsenoje: dalis medžiagos buvo paversta šiluma dujų kad jie negali dirbti sistemoje ir prisideda prie jos sutrikimo.
Trečiasis termodinamikos dėsnis
Trečiasis dėsnis teigia, kad sistemos entropija, kuri priartinta iki absoliutaus nulio, bus apibrėžta konstanta. Kitaip tariant:
- Pasiekus absoliutų nulį (nulis Kelvino vienetais), fizinių sistemų procesai sustoja.
- Pasiekus absoliutų nulį (nulis Kelvino vienetais), entropija turi pastovią mažiausią reikšmę.
Kasdien sunku pasiekti vadinamąjį absoliutų nulį (-273,15 ° C), tačiau apie šį dėsnį galime pagalvoti analizuodami, kas vyksta šaldiklyje: maistas kad ten nusėdame, taip atšals, kad jo viduje vykstantys biocheminiai procesai sulėtės ar net sustos. Štai kodėl jo skilimas vėluoja ir jo vartojimo daug ilgiau.
Nulinis termodinamikos dėsnis
„Nulinis įstatymas“ žinomas tokiu pavadinimu, nors jis buvo įgyvendintas paskutinis. Taip pat žinomas kaip Šiluminės pusiausvyros dėsnis, šis principas diktuoja, kad: „Jei yra dvi sistemos šiluminė pusiausvyra nepriklausomai nuo trečiosios sistemos, jie taip pat turi būti šiluminėje pusiausvyroje vienas su kitu “. Ją galima logiškai išreikšti taip: jei A = C ir B = C, tai A = B.
Šis dėsnis leidžia palyginti trijų skirtingų kūnų A, B ir C šiluminę energiją. Jei kūnas A yra šiluminėje pusiausvyroje su kūnu C (jų temperatūra yra tokia pati), o B taip pat turi tokią pačią temperatūrą kaip C, tai A ir C. B turi tą pačią temperatūrą.
Kitas šio principo išreiškimo būdas yra teigti, kad kai susiliečia du skirtingos temperatūros kūnai, jie keičiasi šiluma tol, kol jų temperatūra susilygina.
Kasdienių šio įstatymo pavyzdžių nesunku rasti. Kai patenkame į šaltą ar karštą vandenį, temperatūros skirtumą pastebėsime tik pirmosiomis minutėmis, nes tada mūsų kūnas įeis į šiluminę pusiausvyrą suVanduo ir nebepastebėsime skirtumo. Tas pats atsitinka ir įėjus į karštą ar šaltą patalpą: iš pradžių pastebėsime temperatūrą, bet paskui nustosime jausti skirtumą, nes su ja pateksime į šiluminę pusiausvyrą.