Wat is thermodynamica?

Thermodynamica is het wetenschapsgebied dat de relatie tussen warmte en andere soorten energie omvat. Thermodynamica werd ontdekt en bestudeerd vanaf het begin van de 19e eeuw. In die tijd werd het gekoppeld aan en werd het belangrijker door het gebruik van stoommachines.

Thermodynamica kan worden onderverdeeld in vier wetten. Hoewel toegevoegd aan de wetten van de thermodynamica na de andere drie wetten, wordt meestal de nulwet eerst besproken. Er staat dat als twee systemen in thermisch evenwicht zijn met een derde systeem, ze zich in thermisch evenwicht met elkaar bevinden. Met andere woorden, als twee systemen dezelfde temperatuur hebben als een derde systeem, dan zijn alle drie dezelfde temperaturen.

De eerste wet van de thermodynamica stelt dat de totale energie van een systeem constant blijft, zelfs als het van de ene vorm in de andere wordt omgezet. Kinetische energie - de energie die een object bezit wanneer het beweegt - wordt bijvoorbeeld omgezet in warmte-energie wanneer een bestuurder de remmen op de auto indrukt om deze te vertragen. Er zijn vaak zinsneden die mensen helpen zich de eerste wet van de thermodynamica te herinneren: "Werk is warmte en warmte is werk." Kortom, werk en warmte zijn gelijkwaardig.

De tweede wet van de thermodynamica is een van de meest basale wetten in de wetenschap. Er wordt gesteld dat warmte niet uit eigen beweging naar een systeem met een hogere temperatuur kan stromen vanuit een systeem met een lagere temperatuur. Om een ​​dergelijke actie te laten plaatsvinden, moet er gewerkt worden. Als een ijsblokje in een kopje warm water wordt geplaatst, smelt het ijsblokje terwijl de warmte van het water erin stroomt. Het eindresultaat is een kopje water dat iets koeler is. IJsblokjes kunnen alleen worden gevormd als energie wordt gebruikt.

Een ander voorbeeld van de tweede wet die alleen werkt met de toevoeging van energie kan worden gezien met een oudere koelkast. In dat geval verwarmt de koeling van de binnenkant van de koelkast de buitenkant ervan. Dus het werk is gedaan en het werk maakt warmte. Het werk wordt voltooid door de pomp van de koelkast.

De tweede wet van de thermodynamica zegt ook dat dingen kunnen verslijten. Als een bakstenen huis bijvoorbeeld niet wordt onderhouden, zal het uiteindelijk afbrokkelen van wind, regen, kou en andere weersomstandigheden. Als een stapel stenen echter onbeheerd wordt achtergelaten, zal deze nooit een huis vormen, tenzij er werk aan de mix wordt toegevoegd.

De derde wet van de thermodynamica stelt dat de verandering in entropie van een systeem wanneer het van de ene vorm naar de andere converteert, bijna nul wordt naarmate de temperatuur op de Kelvin-schaal nul nadert. Nul op de Kelvin-schaal is de absolute ondergrens voor temperatuur - wanneer atomen en moleculen de minst mogelijke energie hebben. Entropie wordt gedefinieerd als de beschikbaarheid van de energie van een systeem om te werken. Hieruit volgt dat er een absolute schaal van entropie is. Bijgevolg kan geen echt systeem ooit nul graden op de Kelvin-schaal bereiken.