Aiškiname, kas yra termodinamika ir iš ko susideda termodinaminė sistema. Be to, kokie yra termodinamikos dėsniai.
Kas yra termodinamika?
Ji vadinama termodinamika (iš graikų k termosas, "Šiluma" ir dinamos, "Jėga, jėga") į šaką fizinis kuri tiria mechaninius šilumos ir kitų panašių energijos formų veiksmus. Jo studijos objektus vertina kaip tikras makroskopines sistemas mokslinis metodas ir dedukcinis samprotavimas, atkreipiant dėmesį į tokius didelius kintamuosius kaip entropija, vidinė energija arba apimtis; taip pat neišsamius kintamuosius, tokius kaip temperatūros, Slėgis arba cheminis potencialas, be kitų rūšių dydžių.
Tačiau termodinamika nesiūlo tirtų kiekių interpretacijos, o jos tyrimo objektai visada yra sistemos pusiausvyros būsenoje, tai yra tie, kurių charakteristikas lemia vidiniai elementai, o ne tiek juos veikiančios išorinės jėgos. Dėl šios priežasties apsvarstykite, kad Energija gali būti keičiamas tik iš vienos sistemos į kitą kaip a karštis arba iš darbas.
Oficialūs termodinamikos tyrimai prasidėjo 1650 m., dėka Otto von Guericke'o, vokiečių fiziko ir teisininko, kuris suprojektavo ir pastatė pirmąjį vakuuminį siurblį, paneigdamas Aristotelį ir jo nuostatas, kad „gamta nemėgsta vakuumo“. Po šio išradimo mokslininkai Robertas Boyle'as ir Robertas Kablys jie patobulino savo sistemas ir pažvelgė į slėgio, temperatūros ir tūrio ryšį. Taip gimė termodinamikos principai.
Termodinaminė sistema
Termodinaminė sistema suprantama kaip visatos dalis, kuri studijų tikslais yra konceptualiai izoliuota nuo kitų ir bando suprasti autonomiškai. Atkreipkite dėmesį į būdus, kuriais energija keičiasi arba išsaugoma, ir tuo pačiu į jos mainus reikalas ir (arba) energiją su aplinka arba kitomis panašiomis sistemomis (jei yra). Todėl tai yra termodinamikos tyrimo metodas.
Pagrindinis šių sistemų klasifikavimo kriterijus yra jų izoliacijos nuo aplinkos laipsnis, taip išskiriant:
- Atviros sistemos. Tie, kurie laisvai keičiasi energija ir medžiaga su aplinka, kaip tai daro dauguma žinomų sistemų kasdieniame gyvenime. Pavyzdžiui: automobilis. Viena ranka jam kuro ir jis grįžta į aplinką dujų Ir šilumos.
- Uždaros sistemos. Tie, kurie keičiasi energija su aplinka, bet ne materija. Taip atsitinka su uždara talpa, tokia kaip skardinė, kurios turinys yra nekintantis, bet praranda šilumą kartu suoras, išsklaidydami jį į aplinkinį orą.
- Izoliuotos sistemos. Tie, kurie tam tikru mastu nekeičia energijos ar medžiagų su aplinka. Žinoma, tobulai izoliuotų sistemų nėra, bet tam tikru mastu yra: termosas, kuriame yra Vanduo karštas kurį laiką išlaikys savo temperatūrą, o tai pakankamai, kad kurį laiką būtų izoliuota.
Termodinamikos dėsniai
„Nulio dėsnis“ logiškai išreiškiamas taip: jei A = C ir B = C, tai A = B.
Termodinamiką valdo tai, kas nustatyta keturiuose pagrindiniuose jos principuose arba dėsniuose, kuriuos per visą šios istorijos istoriją suformulavo įvairūs mokslininkai. disciplina. Minėti principai arba įstatymai yra šie:
- Pirmas principas arba Energijos tvermės dėsnis. Jame teigiama, kad bendras energijos kiekis bet kurioje fizinėje sistemoje, izoliuotoje nuo aplinkos, visada bus vienodas, nors ji gali būti transformuota iš vienos energijos formos į daugybę skirtingų. Trumpiau tariant: „Energijos negalima sukurti ar sunaikinti, ji tik transformuojama“.
- Trečiasis principas arba absoliutaus nulio dėsnis. Tai reiškia, kad sistemos entropija, kuri priartinama iki absoliutaus nulio, visada bus tam tikra konstanta. Tai reiškia, kad pasiekus absoliutų nulį (-273,15 ° C arba 0 K), fizinių sistemų procesai sustoja ir entropija turi pastovią minimalią reikšmę.
- Nulinis principas arba šiluminės pusiausvyros dėsnis. Jis vadinamas „nuliniu įstatymu“, nes, nors ir buvo paskutinis, jo nustatyti pagrindiniai ir esminiai nurodymai turi viršenybę prieš kitus tris įstatymus. Tai nurodo, kad „jei yra dvi sistemos šiluminė pusiausvyra nepriklausomai nuo trečiosios sistemos, jie taip pat turi būti šiluminėje pusiausvyroje vienas su kitu “.
Cheminė termodinamika
Cheminė termodinamika yra atskira studijų sritis, orientuota į šilumos ir darbo ryšį bei cheminės reakcijos, viskas įrėminta į tai, kas nustatyta termodinamikos principais. Tai yra, kalbama apie termodinamikos dėsnių, ypač pirmųjų dviejų, taikymą medžiagų ir reakcijų pasauliui. junginiai, siekiant gauti vadinamąsias „pagrindines Gibbso lygtis“, kurios reguliuoja, kaip cheminė energija esantys skirtinguose junginiuose keičiasi ir perduodami, arba kaip entropijos laipsnis visata kiekvieną kartą, kai įvyksta spontaniška reakcija.