Che cos'è la termodinamica?
La termodinamica è l'area della scienza che include la relazione tra calore e altri tipi di energia. La termodinamica fu scoperta e studiata a partire dal 1800. A quel tempo, era collegato e acquisito importanza a causa dell'uso di motori a vapore.
La termodinamica può essere suddivisa in quattro leggi. Sebbene aggiunta alle leggi della termodinamica dopo le altre tre leggi, la legge zeroth viene di solito discussa per prima. Afferma che se due sistemi sono in equilibrio termico con un terzo sistema, allora sono in equilibrio termico tra loro. In altre parole, se due sistemi hanno la stessa temperatura di un terzo sistema, allora tutti e tre hanno le stesse temperature.
La prima legge della termodinamica afferma che l'energia totale di un sistema rimane costante, anche se viene convertita da una forma all'altra. Ad esempio, l'energia cinetica - l'energia che un oggetto possiede quando si muove - viene convertita in energia termica quando un guidatore preme i freni sull'auto per rallentarla. Esistono spesso frasi che aiutano le persone a ricordare la prima legge della termodinamica: "Il lavoro è calore e il calore è lavoro". Fondamentalmente, lavoro e calore sono equivalenti.
La seconda legge della termodinamica è una delle leggi più elementari della scienza. Afferma che il calore non può fluire verso un sistema a una temperatura più elevata da un sistema a una temperatura più bassa per sua stessa volizione. Affinché si verifichi un'azione del genere, è necessario lavorare. Se un cubetto di ghiaccio viene inserito in una tazza di acqua calda, il cubetto di ghiaccio si scioglie mentre il calore dell'acqua scorre al suo interno. Il risultato finale è una tazza d'acqua leggermente più fredda. I cubetti di ghiaccio possono formarsi solo se viene utilizzata energia.
Un altro esempio della seconda legge che funziona solo con l'aggiunta di energia può essere visto con un frigorifero più vecchio. In tal caso, il raffreddamento dell'interno del frigorifero riscalda l'esterno. Quindi, il lavoro è fatto e il lavoro fa calore. Il lavoro è completato dalla pompa del frigorifero.
La seconda legge della termodinamica dice anche che le cose possono logorarsi. Ad esempio, se una casa di mattoni non viene curata, alla fine si sgretolerà a causa del vento, della pioggia, del freddo e di altre condizioni meteorologiche. Tuttavia, se un mucchio di mattoni se lasciato incustodito, non formerà mai una casa, a meno che il lavoro non venga aggiunto al mix.
La terza legge della termodinamica afferma che il cambiamento nell'entropia di un sistema quando converte da una forma all'altra si avvicina allo zero quando la sua temperatura si avvicina allo zero sulla scala Kelvin. Lo zero sulla scala Kelvin è il limite inferiore assoluto della temperatura - quando gli atomi e le molecole hanno la minor energia possibile. L'entropia è definita come la disponibilità dell'energia di un sistema per svolgere il proprio lavoro. Quindi, ne consegue che esiste una scala assoluta di entropia. Di conseguenza, nessun sistema reale può mai raggiungere zero gradi sulla scala Kelvin.