Kas ir termodinamika:
Termodinamika ir fizikas nozare, kas pēta sakarību starp siltumu, pielietoto spēku (sauktu arī par darbu) un enerģijas pārnesi.
Vārds termodinamika nāk no grieķu saknēm θερμο- (termo-kas nozīmē "siltums", un δυναμικός (dinamieši), kas savukārt izriet no δύναμις (dýnamis), kas nozīmē “spēks” vai “spēks”.
Termodinamiskos procesus nosaka trīs pamatlikumi.
- Pirmais likums ļauj mums saprast, kā tiek taupīta enerģija.
- Otrais likums tiek izmantots, lai zinātu apstākļus, kas nepieciešami enerģijas nodošanai.
- Trešais likums kalpo, lai uzzinātu sistēmu uzvedību līdzsvarā.
Termodinamisko procesu izpratne ir svarīga tādās jomās kā rūpnieciskā inženierija, kur vairāku mašīnu darbināšanai ir jāizmanto liels enerģijas daudzums.
Termodinamikas likumi arī ļauj mums saprast sistēmu darbību tādās jomās kā bioķīmija, kosmoloģija un ģenētika.
Termodinamikas likumi
Termodinamikā ir trīs likumi, kas izskaidro siltuma un enerģijas darbību un pārraidi. Mēs tos sīkāk paskaidrosim tālāk.
Pirmais termodinamikas likums
Pirmais likums attiecas uz enerģijas saglabāšanu: enerģija netiek ne radīta, ne iznīcināta, tā tikai tiek pārveidota. Piemēram:
- Saules enerģija tiek pārveidota par elektrisko enerģiju degvielas uzpildes stacijai.
- Šo elektrisko enerģiju var izmantot, lai uzlādētu elektromobiļa akumulatoru.
- Elektriskā automašīna spēj pārveidot uzkrāto enerģiju darba tilpumā.
Tāpēc enerģija vienmēr ir kustībā.
Vienkāršotā formula būtu šāda:
Otrais termodinamikas likums
Otrais termodinamikas likums ļauj noteikt divas lietas:
- Virziens, kurā notiek enerģijas pārnese.
- Nosacījumi, kas nepieciešami procesa mainīšanai.
No šejienes mēs uzzinām, ka pastāv atgriezeniski un neatgriezeniski procesi.
Piemēram, galda sāls spontāni sajaucas ar ūdeni, izmantojot procesu, ko sauc par atšķaidīšanu. Šis process atbrīvo siltumu.
Lai mainītu šo procesu un no jauna izveidotu sāls kristālus, jāpieliek siltums, kas ļauj ūdenim iztvaikot un atdalīt to no sāls. Sistēma absorbē siltumu.
Vienkāršotā formula būtu šāda:
Trešais termodinamikas likums
Trešais termodinamikas likums apvieno divus iepriekšējos likumus un piemēro tos absolūtā līdzsvara sistēmām. Šajā stāvoklī ir minimāla enerģijas apmaiņa un maksimāla traucējumu pakāpe (vai entropija).
Trešais likums tiek piemērots slēgtajām sistēmām. Šāda veida sistēmas ir redzamas tikai teorētiskajā fizikā un ķīmijā.
Vienkāršotā formula būtu šāda:
Sistēmu veidi termodinamikā
Lai saprastu termodinamikas likumus, vispirms ir svarīgi zināt pastāvošo sistēmu veidus un to uzvedību.
Visu mums apkārt veido sistēmas, un lielākā daļa zināmo sistēmu apmainās ar enerģiju. Sistēmas tiek iedalītas trīs veidos: atvērtas, slēgtas un izolētas.
- Atvērtās sistēmas: viņi apmainās ar enerģiju un matēriju ar ārpusi (piemēram, ugunskurs).
- Slēgtas sistēmas: viņi maina enerģiju tikai ar ārpusi (piemēram, mobilo tālruni).
- Izolētas sistēmas: Viņi nemaina vielu vai enerģiju (tie ir tikai teorētiski).
Kamēr termodinamikas pirmais un otrais likums attiecas uz atvērtām un slēgtām sistēmām, trešais likums attiecas uz izolētām sistēmām.
Sistēmas stāvoklis
Ir divas fundamentālas valstis, kurās var atrast sistēmas (neatkarīgi no to veida).
- Aktīvās sistēmas: ja notiek enerģijas apmaiņa, tiek teikts, ka sistēma ir aktīva.
- Sistēmas miera vai līdzsvara stāvoklī: ja nav enerģijas apmaiņas, tiek uzskatīts, ka sistēma ir miera stāvoklī vai ir līdzsvarā.
Siltuma un siltuma pārnese termodinamikā
Saskaņā ar fiziku siltums ir enerģijas plūsma, kas pastāv, kad saskaras divas dažādas temperatūras sistēmas. Termiskais līdzsvars tiek sasniegts, kad visas iesaistītās sistēmas sasniedz vienādu temperatūru.
Termodinamiskās sistēmās, ja divas no tām ir līdzsvarā ar trešo sistēmu, tad tās arī ir līdzsvarā viena ar otru. Tāpēc, sasniedzot līdzsvaru, temperatūra ir nemainīga.
