Co to jest termodynamika?

Termodynamika to dziedzina nauki, która obejmuje związek między ciepłem a innymi rodzajami energii. Termodynamika została odkryta i zbadana od 1800 roku. W tym czasie powiązano je i zyskało na znaczeniu dzięki zastosowaniu silników parowych.

Termodynamikę można podzielić na cztery prawa. Chociaż dodane do praw termodynamiki po trzech pozostałych prawach, prawo zerowe jest zwykle omawiane jako pierwsze. Stwierdza, że ​​jeśli dwa układy są w równowadze termicznej z trzecim układem, to są one w równowadze termicznej ze sobą. Innymi słowy, jeśli dwa systemy mają tę samą temperaturę co trzeci system, wówczas wszystkie trzy mają te same temperatury.

Pierwsza zasada termodynamiki mówi, że całkowita energia układu pozostaje stała, nawet jeśli jest przekształcana z jednej formy do drugiej. Na przykład energia kinetyczna - energia, którą posiada obiekt podczas ruchu - jest przekształcana w energię cieplną, gdy kierowca naciska hamulce samochodu, aby go spowolnić. Często pojawiają się frazy, które pomagają ludziom zapamiętać pierwsze prawo termodynamiki: „Praca to ciepło, a ciepło to praca”. Zasadniczo praca i ciepło są równoważne.

Druga zasada termodynamiki jest jednym z najbardziej podstawowych praw w nauce. Stwierdza, że ​​ciepło nie może przepływać do systemu o wyższej temperaturze z systemu o niższej temperaturze z własnej woli. Aby takie działanie miało miejsce, należy wykonać pracę. Jeśli kostka lodu zostanie umieszczona w filiżance ciepłej wody, kostka lodu topi się, gdy do niej przepływa ciepło z wody. Efektem końcowym jest filiżanka wody, która jest nieco chłodniejsza. Kostki lodu mogą tworzyć się tylko przy zużyciu energii.

Kolejny przykład drugiego prawa, które działa tylko z dodatkiem energii, można zobaczyć w przypadku starszych lodówek. W takim przypadku chłodzenie wnętrza lodówki ogrzewa ją na zewnątrz. Tak więc praca jest wykonywana, a praca wytwarza ciepło. Prace są wykonywane przez pompę lodówki.

Druga zasada termodynamiki mówi również, że rzeczy mogą się zużyć. Na przykład, jeśli dom murowany pozostanie bez opieki, ostatecznie rozpadnie się pod wpływem wiatru, deszczu, zimna i innych warunków pogodowych. Jeśli jednak pozostanie bez nadzoru stos cegieł, nigdy nie powstanie dom, chyba że do mieszanki zostanie dodana praca.

Trzecie prawo termodynamiki mówi, że zmiana entropii układu, gdy przekształca się on z jednej formy w drugą, zbliża się do zera, gdy jego temperatura zbliża się do zera w skali Kelvina. Zero w skali Kelvina jest absolutnie dolną granicą temperatury - gdy atomy i cząsteczki mają najmniejszą możliwą energię. Entropia jest definiowana jako dostępność energii systemu do pracy. Wynika z tego, że istnieje absolutna skala entropii. W związku z tym żaden prawdziwy system nigdy nie osiągnie zera stopni w skali Kelvina.