законы термодинамики

Мы объясняем, что такое законы термодинамики, каково происхождение этих принципов и основные характеристики каждого из них.

Законы термодинамики служат для понимания физических законов Вселенной.

Каковы законы термодинамики?

Законы термодинамики (или принципы термодинамики) описывают поведение трех фундаментальных физических величин: температура, то Энергия иэнтропия, характеризующие термодинамические системы. Термин «термодинамика» происходит от греческого термос, Что это означает "нагревать", Y динамо-машины, Что это означает "сила”.

Математически эти принципы описываются набор уравнений, объясняющих поведение термодинамических систем, определяемых как любой объект исследования (из молекула или человек, до того как атмосфера или кипяток в кастрюле).

Есть четыре закона термодинамики, и они имеют решающее значение для понимания физических законов вселенная и невозможность некоторых явлений, таких как движение вечный.

Происхождение законов термодинамики

Четыре принципа термодинамика Они имеют разное происхождение, и некоторые из них были сформулированы на основе предыдущих. Фактически, первой из них была создана вторая работа французского физика и инженера Николаса Леонара Сади Карно в 1824 году.

Однако в 1860 году этот принцип был снова сформулирован Рудольфом Клаузиусом и Уильямом Томпсоном, добавив затем то, что мы теперь называем Первым законом термодинамики. Позже появился третий, также известный как «постулат Нерста», потому что он возник благодаря исследованиям Вальтера Нернста между 1906 и 1912 годами.

Наконец, в 1930 г. появился так называемый «нулевой закон», предложенный Гуггенхаймом и Фаулером. Следует сказать, что не во всех сферах это признано истинным законом.

Первый закон термодинамики

Энергия не может быть создана или уничтожена, ее можно только преобразовать.

Первый закон называется «Законом сохранения энергии», потому что он диктует, что в любом система изолированное от окружающей среды, общее количество энергии всегда будет одинаковым, даже если оно может быть преобразовано из одной формы энергии в другую. Или другими словами: энергия не может быть создана или уничтожена, ее можно только преобразовать.

Таким образом, подавая заданное количество тепла (Q) в физическую систему, ее общее количество энергии можно рассчитать как поданное тепло за вычетомработа (W) выполняется системой в ее окружении. Выражается формулой: ΔU = Q - W.

В качестве примера этого закона представим двигатель самолета. Это термодинамическая система, состоящая из топлива, которое химически реагирует в процессе горение, выделяет тепло и выполняет работу (заставляя самолет двигаться). Итак: если бы мы могли измерить объем проделанной работы и выделившееся тепло, мы могли бы вычислить общую энергию системы и сделать вывод, что энергия в двигателе оставалась постоянной во время полета: энергия не создавалась и не разрушалась, скорее, она была изменена. из химическая энергия к калорийная энергия YКинетическая энергия (движение, то есть работа).

Второй закон термодинамики

По прошествии достаточного времени все системы в конечном итоге выйдут из равновесия.

Второй закон, также называемый «Законом энтропии», можно резюмировать тем, что количество энтропия во Вселенной имеет тенденцию к увеличению Погода. Это означает, что степень беспорядка систем увеличивается до достижения точки равновесия, которая является состоянием наибольшего беспорядка системы.

Этот закон вводит фундаментальное понятие в физике: понятие энтропии (обозначается буквой S), которая в случае физических систем представляет собой степень беспорядка. Оказывается, что в каждом физическом процессе, в котором происходит преобразование энергии, определенное количество энергии непригодно, то есть не может работать. Если вы не можете работать, в большинстве случаев эта энергия - тепло. Это тепло, которое выделяет система, увеличивает беспорядок системы, ее энтропию. Энтропия - это мера беспорядка в системе.

Формулировка этого закона устанавливает, что изменение энтропии (dS) всегда будет равно или больше, чемтеплопередача (dQ), деленная на температуру (T) системы. То есть, что: dS ≥ dQ / T.

Чтобы понять это на примере, достаточно сжечь определенное количество иметь значение а затем соберите образовавшуюся золу. Взвешивая их, мы убедимся, что это меньше материи, чем то, что было в исходном состоянии: часть вещества была преобразована в тепло в виде газы что они не могут работать с системой и способствуют ее нарушению.

Третий закон термодинамики

При достижении абсолютного нуля процессы физических систем останавливаются.

Третий закон гласит, что энтропия системы, доведенная до абсолютного нуля, будет определенной константой. Другими словами:

  • При достижении абсолютного нуля (нуля в единицах Кельвина) процессы физических систем останавливаются.
  • При достижении абсолютного нуля (нуля в единицах Кельвина) энтропия имеет постоянное минимальное значение.

Трудно достичь так называемого абсолютного нуля (-273,15 ° C) на ежедневной основе, но мы можем подумать об этом законе, проанализировав, что происходит в морозильной камере: еда то, что мы помещаем туда, станет настолько холодным, что биохимические процессы внутри него замедлятся или даже прекратятся. Поэтому его разложение задерживается, а его потребление намного дольше.

Нулевой закон термодинамики

Логически «нулевой закон» выражается так: если A = C и B = C, то A = B.

Под этим названием известен «нулевой закон», хотя он был последним. Также известен как Закон теплового равновесия, этот принцип гласит: «Если две системы находятся в тепловое равновесие независимо от третьей системы, они также должны находиться в тепловом равновесии друг с другом ». Логически это можно выразить так: если A = C и B = C, то A = B.

Этот закон позволяет нам сравнивать тепловую энергию трех разных тел A, B и C. Если тело A находится в тепловом равновесии с телом C (они имеют одинаковую температуру) и B также имеет ту же температуру, что и C, то A и B имеют одинаковую температуру.

Другой способ сформулировать этот принцип - заявить, что, когда два тела с разными температурами соприкасаются, они обмениваются теплом до тех пор, пока их температуры не сравняются.

Легко найти повседневные примеры этого закона. Попадая в холодную или горячую воду, мы заметим разницу в температуре только в течение первых минут, так как тогда наше тело войдет в тепловое равновесие с водой.Воды и мы больше не заметим разницы. То же самое происходит, когда мы входим в горячее или холодное помещение: сначала мы замечаем температуру, но потом перестанем ощущать разницу, потому что войдем в тепловое равновесие с ней.

!-- GDPR -->