Що таке термодинаміка:
Термодинаміка - розділ фізики, який вивчає взаємозв’язок між нагріванням, прикладеною силою (також відомою як робота) та передачею енергії.
Слово термодинаміка походить від грецьких коренів θερμο- (термо-), що означає "тепло", і δυναμικός (динамічний), що в свою чергу походить від δύναμις (динаміс), що означає "сила" або "сила".
Термодинамічні процеси визначаються трьома основними законами.
- Перший закон дозволяє зрозуміти, як зберігається енергія.
- Другий закон використовується для знання умов, необхідних для перенесення енергії.
- Третій закон служить для пізнання поведінки систем у рівновазі.
Розуміння термодинамічних процесів є важливим у таких галузях, як промислове машинобудування, де для роботи декількох машин потрібно використовувати велику кількість енергії.
Закони термодинаміки також дозволяють нам зрозуміти функціонування систем у таких областях, як біохімія, космологія та генетика.
Закони термодинаміки
У термодинаміці є три закони, які пояснюють, як працюють і передаються тепло і енергія. Ми докладно пояснимо їх нижче.
Перший закон термодинаміки
Перший закон стосується збереження енергії: енергія ні створюється, ні руйнується, вона лише трансформується. Наприклад:
- Сонячна енергія трансформується в електричну для СТО.
- Ця електрична енергія може використовуватися для зарядки акумулятора електромобіля.
- Електричний автомобіль здатний перетворювати накопичену енергію у витіснення.
Отже, енергія завжди в русі.
Спрощена формула буде такою:
Другий закон термодинаміки
Другий закон термодинаміки дозволяє визначити дві речі:
- Напрямок, в якому відбувається передача енергії.
- Умови, необхідні для зміни процесу.
Звідси ми дізнаємось, що існують оборотні та незворотні процеси.
Наприклад, кухонна сіль спонтанно змішується з водою в процесі, який називається розбавленням. Цей процес виділяє тепло.
Для того, щоб змінити цей процес і переформувати кристали солі, потрібно подавати тепло, яке дозволяє воді випаровуватися і відокремлювати її від солі. Система поглинає тепло.
Спрощена формула буде такою:
Третій закон термодинаміки
Третій закон термодинаміки поєднує два попередні закони і застосовує їх до систем в абсолютній рівновазі. У цьому стані відбувається мінімальний обмін енергією та максимальний ступінь розладу (або ентропії).
Третій закон застосовується до закритих систем. Такі типи систем можна побачити лише в теоретичній фізиці та хімії.
Спрощена формула буде такою:
Типи систем у термодинаміці
Для розуміння законів термодинаміки насамперед важливо знати типи існуючих систем та їх поведінку.
Все навколо нас складається із систем, і більшість відомих нам систем обмінюються енергією. Системи класифікуються на три типи: відкриті, закриті та ізольовані.
- Відкриті системи: вони обмінюються енергією та речовиною ззовні (наприклад, багаття).
- Закриті системи: вони обмінюються енергією лише зовні (наприклад, мобільний телефон).
- Ізольовані системи: Вони не обмінюються речовиною чи енергією (вони лише теоретичні).
У той час, як перший і другий закони термодинаміки застосовуються до відкритих і закритих систем, третій закон застосовується до ізольованих систем.
Стан системи
Є два основні стани, в яких можна знайти системи (незалежно від їх типу).
- Активні системи: якщо відбувається обмін енергією, система називається активною.
- Системи в стані спокою або рівноваги: якщо енергообміну немає, система вважається у стані спокою або в рівновазі.
Тепло- і теплообмін в термодинаміці
Згідно з фізикою, тепло - це потік енергії, який існує при контакті двох систем різної температури. Теплова рівновага досягається, коли всі задіяні системи досягають однакової температури.
У термодинамічних системах, якщо два з них знаходяться в рівновазі з третьою системою, то вони також знаходяться в рівновазі між собою. Тому при досягненні рівноваги температура є постійною.
