Was ist Thermodynamik?
Thermodynamik ist das Gebiet der Wissenschaft, das die Beziehung zwischen Wärme und anderen Arten von Energie umfasst. Die Thermodynamik wurde ab dem 19. Jahrhundert entdeckt und untersucht. Zu dieser Zeit war es mit dem Einsatz von Dampfmaschinen verbunden und gewann an Bedeutung.
Die Thermodynamik kann in vier Gesetze unterteilt werden. Obwohl zu den Gesetzen der Thermodynamik nach den anderen drei Gesetzen hinzugefügt, wird das nullte Gesetz normalerweise zuerst diskutiert. Es heißt, wenn zwei Systeme im thermischen Gleichgewicht mit einem dritten System sind, dann sind sie im thermischen Gleichgewicht miteinander. Mit anderen Worten, wenn zwei Systeme die gleiche Temperatur wie ein drittes System haben, sind alle drei die gleichen Temperaturen.
Der erste Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass die Gesamtenergie eines Systems konstant bleibt, auch wenn es von einer Form in eine andere umgewandelt wird. Beispielsweise wird kinetische Energie - die Energie, die ein Objekt besitzt, wenn es sich bewegt - in Wärmeenergie umgewandelt, wenn ein Fahrer die Bremsen des Fahrzeugs betätigt, um es zu verlangsamen. Es gibt oft Schlagworte, die den Menschen helfen, sich an das erste Gesetz der Thermodynamik zu erinnern: „Arbeit ist Wärme und Wärme ist Arbeit.“ Im Grunde sind Arbeit und Wärme gleichwertig.
Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik ist einer der grundlegendsten Gesetze in der Wissenschaft. Es besagt, dass Wärme nicht von sich aus von einem System mit einer niedrigeren Temperatur zu einem System mit einer höheren Temperatur fließen kann. Damit eine solche Aktion durchgeführt werden kann, muss Arbeit geleistet werden. Wenn ein Eiswürfel in eine Tasse warmes Wasser gestellt wird, schmilzt der Eiswürfel, während die Wärme des Wassers in ihn fließt. Das Endergebnis ist eine Tasse Wasser, die etwas kühler ist. Eiswürfel können sich nur bilden, wenn Energie verbraucht wird.
Ein weiteres Beispiel für das zweite Gesetz, das nur mit Energiezusatz arbeitet, ist bei einem älteren Kühlschrank zu sehen. In diesem Fall erwärmt die Kühlung des Inneren des Kühlschranks dessen Außenseite. So ist die Arbeit erledigt und die Arbeit macht Wärme. Die Arbeit wird durch die Pumpe des Kühlschranks abgeschlossen.
Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik besagt auch, dass sich die Dinge abnutzen können. Wenn zum Beispiel ein Ziegelhaus unversorgt bleibt, bröckelt es schließlich vor Wind, Regen, Kälte und anderen Wetterbedingungen. Wenn ein Ziegelhaufen jedoch unbeaufsichtigt bleibt, wird er niemals ein Haus bilden, es sei denn, der Mix enthält Arbeit.
Der dritte Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass die Änderung der Entropie eines Systems bei der Umwandlung von einer Form in eine andere nahezu Null wird, wenn seine Temperatur auf der Kelvin-Skala gegen Null geht. Null auf der Kelvin-Skala ist die absolute Untergrenze der Temperatur - wenn Atome und Moleküle die geringstmögliche Energie haben. Entropie ist definiert als die Verfügbarkeit der Energie eines Systems für die Arbeit. Daraus folgt, dass es eine absolute Entropieskala gibt. Folglich kann kein reales System jemals null Grad auf der Kelvin-Skala erreichen.