Inden for fysikken findes der en gren dedikeret til at studere de transformationer, der produceres af varme og arbejde i et system. Dette er termodynamik. Det er en gren af ​​fysikken, der beskæftiger sig med studiet af alle overgange, som simpelthen er resultatet af en proces, der involverer ændringer i tilstandsvariablerne temperatur og energi på makroniveau. Flere principper inden for termodynamik er grundlæggende for adskillige aspekter af fysikken, og disse principper er afgørende for at forstå forholdet mellem energi og arbejde i forskellige systemer.
Derfor vil vi fortælle dig i denne artikel, hvad er principperne for termodynamik, og hvad er dens betydning.
Kendetegn ved termodynamik
Hvis vi analyserer klassisk termodynamik, finder vi, at den er baseret på konceptet om makroskopiske systemer. Dette system er kun ét aspekt af den fysiske eller konceptuelle kvalitet af adskillelse fra det ydre miljø. For bedre at kunne studere det termodynamiske system antages det altid at være en fysisk masse, der ikke forstyrres af energiudveksling med det ydre miljø. Tilstanden af ​​et makroskopisk system i ligevægt er specificeret af størrelser kaldet termodynamiske variabler. Vi er bekendt med alle disse variabler: temperatur, tryk, volumen og kemisk sammensætning. Alle disse variabler definerer systemet og dets ligevægt, som er relateret til de temperaturenheder, vi bruger i termodynamikken. Takket være den internationale alliance af anvendelser er de vigtigste symboler for kemisk termodynamik blevet etableret. Brugen af ​​disse enheder giver mulighed for bedre forståelse og forklaring af principperne for termodynamikken.
Der er dog en gren af ​​termodynamikken, der ikke studerer ligevægt, men snarere analyserer termodynamiske processer, der primært er karakteriseret ved deres manglende evne til at opnå stabile ligevægtsbetingelser. Disse grene er direkte relateret til forskellige anvendelser i moderne fysik.
Principper for termodynamik
Der er fire principper inden for termodynamik, nummereret fra nul til tre. Disse love hjælper os med at forstå alle fysikkens love i vores univers, og de forklarer visse fænomener, der er umulige at observere i vores verden. De er også kendt som termodynamikkens love. Disse love har forskellig oprindelse. Nogle er afledt af tidligere formler. Den sidst kendte lov inden for termodynamik er den nulte lov. Disse love er grundlæggende for al forskning og undersøgelser, der udføres i laboratoriet. De er afgørende for at forstå, hvordan vores univers fungerer. Vi vil beskrive principperne inden for termodynamik et efter et.
Første princip
Denne lov siger, at energi ikke kan skabes eller ødelægges, kun omdannes. Dette er også kendt som loven om energiens bevarelse. I bund og grund betyder det, at i ethvert fysisk system isoleret fra sine omgivelser, vil al dets energi altid forblive den samme. Selvom energi kan omdannes til andre former for energi, er summen af ​​alle disse energier altid den samme. Dette princip er grundlæggende for at forstå [begrebet energi].
Vi vil give et eksempel for at forstå det bedre. Efter dette princip, hvis vi bidrager med en vis mængde energi til et fysisk system i form af varme, kan vi beregne den samlede energi ved at finde forskellen mellem stigningen i intern energi og det arbejde, der udføres af systemet og dets omgivelser. Det vil sige, at forskellen mellem den energi, som systemet har på det tidspunkt, og det arbejde, det har udført, vil være den termiske energi, der frigives.
Andet princip
Med tilstrækkelig tid vil alle systemer til sidst miste ligevægt. Dette princip kaldes også entropiens lov. Det kan opsummeres som følger: Mængden af ​​entropi i universet vil stige over tid, hvilket har direkte implikationer for studiet af entropi og dens opførsel i forskellige systemer. Et systems entropi er et indeks til måling af graden af ​​uorden. Med andre ord fortæller termodynamikkens anden lov os, at når et system når et ligevægtspunkt, vil graden af ​​uorden i systemet stige. Det betyder, at hvis et system får tilstrækkelig tid, vil det til sidst komme i ubalance.
Dette er den lov, der forklarer irreversibiliteten af ​​visse fysiske fænomener. For eksempel hjælper den med at forklare, hvorfor et stykke papir, der er brændt, ikke kan vende tilbage til sin oprindelige tilstand . I dette system, kendt som papir- og ildfænomenet, er uordenen steget til et sådant punkt, at den ikke kan vende tilbage til sin oprindelse. Denne lov introducerer entropitilstandsfunktionen, som i tilfælde af fysiske systemer repræsenterer graden af ​​uorden og dens uundgåelige energitab.
For at forstå termodynamikkens anden lov, lad os se på et eksempel. Hvis vi brænder en vis mængde stof og kombinerer den resulterende aske, kan vi se, at der er mindre stof end i den oprindelige tilstand. Dette skyldes, at stoffet er blevet omdannet til gasser, der ikke kan genvindes, og som har tendens til spredning og uorden. Således ser vi, at der i tilstand et var mindre entropi end i tilstand to.
Tredje princip
Når absolut nul er nået, stopper den fysiske systemproces. Absolut nul er den laveste temperatur, vi kan nå. I dette tilfælde måler vi temperaturen i grader Kelvin. På denne måde kan det siges, at temperatur og køling bevirker, at systemets entropi er nul. I disse tilfælde ligner det mere en bestemt konstant. Når det når absolut nul, stopper den fysiske systemproces. Derfor vil entropien have en minimum, men konstant værdi.
Det er en simpel opgave at nå det absolutte nulpunkt. Den absolutte nulværdi i Kelvin er nul, men hvis vi bruger den i Celsius-temperaturskalaen, er den -273,15 grader. Dette princip er også relateret til grundlæggende begreber inden for termodynamik.
Nul lov
Denne lov er den sidste, der antages, og den siger, at hvis A = C og B = C, så er A = B. Dette etablerer de grundlæggende regler for de tre andre termodynamiske love. Det er et navn givet til loven om termisk ligevægt. Med andre ord, hvis et system og andre systemer er i termisk ligevægt uafhængigt af hinanden, skal de være i termisk ligevægt. Denne lov muliggør etablering af temperaturprincipper. Dette princip bruges til at sammenligne den termiske energi for to forskellige objekter i en tilstand af termisk ligevægt. Hvis disse to objekter er i termisk ligevægt, vil de nødvendigvis have samme temperatur. På den anden side, hvis begge ændrer den termiske ligevægt for et tredje system, vil de også påvirke hinanden.
Jeg håber, at du med disse oplysninger kan lære mere om principperne for termodynamik af dens egenskaber.