Selitämme mitä termodynamiikka on ja mistä termodynaaminen järjestelmä koostuu. Lisäksi mitkä ovat termodynamiikan lait.
Mitä on termodynamiikka?
Sitä kutsutaan termodynamiikaksi (kreikasta termospullo, "Lämpö" ja dynamot, "Voima, voima") haaraan fyysistä joka tutkii lämmön ja muiden vastaavien energiamuotojen mekaanisia vaikutuksia. Hänen tutkimuksensa lähestyy esineitä todellisina makroskooppisena järjestelmänä tieteellinen metodi ja deduktiivinen päättely, kiinnittäen huomiota laajoihin muuttujiin, kuten haje, sisäinen energia tai äänenvoimakkuutta; sekä ei-laajentavat muuttujat, kuten lämpötila, Paine tai kemiallinen potentiaali muuntyyppisten suuruusluokkien joukossa.
Termodynamiikka ei kuitenkaan tarjoa tulkintaa tutkimistaan suureista, ja sen tutkimuskohteet ovat aina järjestelmät tasapainotilassa, eli sellaiset, joiden ominaisuudet ovat määritettävissä sisäisten elementtien eikä niinkään niihin vaikuttavien ulkoisten voimien avulla. Tästä syystä harkitse, että Energiaa voidaan vaihtaa järjestelmästä toiseen vain a lämpöä tai alkaen Job.
Termodynamiikan muodollinen tutkimus alkoi vuonna 1650 saksalaisen fyysikon ja juristin Otto von Guericken ansiosta, joka suunnitteli ja rakensi ensimmäisen tyhjiöpumpun, mikä kumosi Aristoteleen ja hänen periaatteensa, jonka mukaan "luonto inhoaa tyhjiötä" sovelluksillaan. Tämän keksinnön jälkeen tutkijat Robert Boyle ja Robert Hooke he tarkensivat järjestelmiään ja tarkastelivat paineen, lämpötilan ja tilavuuden välistä korrelaatiota. Näin syntyivät termodynamiikan periaatteet.
Termodynaaminen järjestelmä
Termodynaaminen järjestelmä ymmärretään osana maailmankaikkeutta, joka tutkimustarkoituksiin on käsitteellisesti eristetty muusta ja yrittää ymmärtää itsenäisesti. Ota huomioon tavat, joilla energia muuttuu tai säilyy, ja samalla sen vaihto asia ja/tai energiaa ympäristöön tai muihin vastaaviin järjestelmiin (jos sellaisia on). Se on siis menetelmä termodynamiikan tutkimiseen.
Pääkriteeri näiden järjestelmien luokittelussa perustuu niiden eristyneisyyteen ympäristöstä, jolloin erotetaan toisistaan:
- Avoimet järjestelmät. Sellaisia, jotka vaihtavat vapaasti energiaa ja ainetta ympäristönsä kanssa, kuten useimmat tunnetut järjestelmät tekevät jokapäiväisessä elämässä. Esimerkiksi: auto. Toinen ojensi häntä polttoainetta ja se palaa ympäristöön kaasut Ja lämpöä.
- Suljetut järjestelmät. Ne, jotka vaihtavat energiaa ympäristönsä kanssa, mutta eivät ole väliä. Näin tapahtuu suljetussa astiassa, kuten tölkissä, jonka sisältö on muuttumaton, mutta joka menettää lämpöäsää, hajottaa sen ympärillään olevaan ilmaan.
- Eristetyt järjestelmät. Sellaisia, jotka eivät tietyssä määrin vaihda energiaa tai ainetta ympäristön kanssa. Täydellisesti eristettyjä järjestelmiä ei tietenkään ole, mutta jossain määrin niitä on: termospullo, joka sisältää Vesi kuuma säilyttää lämpötilansa jonkin aikaa, mikä riittää pitämään sen eristettynä jonkin aikaa.
Termodynamiikan lait
"Nollalaki" ilmaistaan loogisesti näin: jos A = C ja B = C, niin A = B.
Termodynamiikkaa hallitsevat sen neljä perusperiaatetta tai lakia, jotka eri tutkijat ovat muotoilleet koko tämän historian ajan. kurinalaisuutta. Mainitut periaatteet tai lait ovat:
- Ensimmäinen periaate tai Energian säilymisen laki. Siinä todetaan, että energian kokonaismäärä missä tahansa ympäristöstään eristetyssä fyysisessä järjestelmässä on aina sama, vaikka se voidaan muuntaa yhdestä energiamuodosta useisiin erilaisiin. Lyhyesti sanottuna: "Energiaa ei voida luoda tai tuhota, se vain muunnetaan."
- Kolmas periaate eli absoluuttisen nollan laki. Se määrää, että järjestelmän entropia, joka saatetaan absoluuttiseen nollaan, on aina määrätty vakio. Tämä tarkoittaa, että absoluuttisen nollan saavuttaessa (-273,15 °C tai 0 K) fyysisten järjestelmien prosessit pysähtyvät ja entropialla on vakio minimiarvo.
- Nollaperiaate tai lämpötasapainon laki. Sitä kutsutaan "nollalakiksi", koska vaikka se oli viimeinen voimassa, sen vahvistamat perus- ja perusmääräykset ovat etusijalla kolmeen muuhun lakiin nähden. Se määrää, että "jos kaksi järjestelmää on käytössä lämpötasapaino riippumattomasti kolmannesta järjestelmästä, niiden on myös oltava termisessä tasapainossa keskenään.
Kemiallinen termodynamiikka
Kemiallinen termodynamiikka on erillinen tutkimusala, joka keskittyy lämmön ja työn väliseen korrelaatioon kemialliset reaktiot, kaikki kehystetty termodynamiikan periaatteiden mukaisesti. Eli kyse on termodynamiikan lakien, erityisesti kahden ensimmäisen, soveltamisesta aineiden ja aineiden välisten reaktioiden maailmaan. yhdisteet, saadakseen niin sanotut "perus Gibbs-yhtälöt", jotka ohjaavat tapaa, jolla kemiallinen energia eri yhdisteiden sisältämä muuttuu ja välittyy, tai kuinka entropiaaste universumi aina kun tapahtuu spontaani reaktio.