Fysiikan alalla on haara, joka vastaa järjestelmän lämmön ja työn tuottamien muutosten tutkimisesta. Kyse on termodynamiikasta. Se on fysiikan haara, joka vastaa kaikkien siirtymien tutkimuksesta, jotka ovat vain tulosta prosessista, joka sisältää muutoksia lämpötilan ja energian tilamuuttujissa makrotasolla. On useita termodynamiikan periaatteet Ne ovat perustavanlaatuisia monille fysiikan näkökohdille, ja nämä periaatteet ovat ratkaisevan tärkeitä energian ja työn välisen suhteen ymmärtämisessä eri järjestelmissä.
Siksi kerromme sinulle tässä artikkelissa, mitkä ovat termodynamiikan periaatteet ja mikä on sen merkitys.
Termodynamiikan ominaisuudet
Jos analysoimme klassista termodynamiikkaa, havaitsemme, että se perustuu makroskooppisten järjestelmien käsitteeseen. Tämä järjestelmä on vain osa ulkoisesta ympäristöstä erottamisen fyysistä tai käsitteellistä laatua. Termodynaamisen järjestelmän parempaa tutkimista varten oletetaan aina, että se on fyysinen massa sitä ei häiritse energianvaihto ulkoisen ekosysteemin kanssa. Makroskooppisen järjestelmän tila tasapainossa määritellään suureilla, joita kutsutaan termodynaamiksi muuttujiksi. Tiedämme kaikki nämä muuttujat: lämpötila, paine, tilavuus ja kemiallinen koostumus. Kaikki nämä muuttujat määrittelevät järjestelmän ja sen tasapainon, joka liittyy järjestelmään lämpötilayksiköt joita käytämme termodynamiikassa. Kansainvälisen sovellusliiton ansiosta kemiallisen termodynamiikan pääsymbolit on vakiinnutettu. Näiden yksiköiden käyttö voi toimia paremmin ja selittää termodynamiikan periaatteet.
Kuitenkin, on termodynamiikan haara, joka ei tutki tasapainoa, vaan pikemminkin ne ovat vastuussa termodynaamisten prosessien analysoinnista, joille on pääasiassa ominaista se, että niillä ei ole kykyä saavuttaa stabiileja tasapainoolosuhteita. Nämä haarat liittyvät suoraan erilaisiin nykyfysiikan sovelluksiin.
Termodynamiikan periaatteet
Termodynamiikassa on 4 periaatetta, jotka on lueteltu nollasta kolmeen pisteeseen, nämä lait auttavat ymmärtämään kaikkia maailmankaikkeutemme fysiikan lakeja ja on mahdotonta nähdä tiettyjä ilmiöitä maailmassa. Ne tunnetaan myös termodynamiikan lakien nimellä. Näillä laeilla on eri alkuperää. Jotkut on muotoiltu aiemmista kaavoista. Termodynamiikan viimeinen tunnettu laki on nollalaki. Nämä lait ovat pysyviä kaikissa laboratoriotutkimuksissa ja tutkimuksissa. Ne ovat välttämättömiä ymmärtääksemme, miten universumimme toimii. Kuvaamme termodynamiikan periaatteet yksi kerrallaan.
Ensimmäinen periaate
Tämä laki sanoo, että energiaa ei voida luoda tai tuhota, se voidaan vain muuttaa. Tätä kutsutaan myös energian säilymisen laiksi. Itse asiassa, Tämä tarkoittaa, että missä tahansa fyysisestä järjestelmästä, joka on eristetty ympäristöstään, kaikki sen energia on aina samaa. Vaikka energia voidaan muuntaa muun tyyppiseksi energiaksi muodossa tai toisessa, kaikkien näiden energioiden summa on aina sama. Tämä periaate on perustavanlaatuinen .
Annamme esimerkin ymmärtääksemme sen paremmin. Tämän periaatteen mukaisesti, jos annamme tietyn määrän energiaa fyysiseen järjestelmään lämmön muodossa, voimme laskea kokonaisenergian löytämällä sisäisen energian lisäyksen ja järjestelmän ja sen ympäristön tekemän työn välisen eron. Toisin sanoen ero järjestelmässä sillä hetkellä olevan energian ja sen tekemän työn välillä on vapautunut lämpöenergia.
Toinen periaate
Jos aikaa on tarpeeksi, kaikki järjestelmät menettävät lopulta tasapainon. Tätä periaatetta kutsutaan myös entropian laiksi. Se voidaan tiivistää seuraavasti. Entropian määrä universumissa kasvaa ajan myötä, millä on suoria vaikutuksia tutkimukseen entropia ja sen käyttäytyminen eri järjestelmissä. Järjestelmän entropia on indeksi, joka mittaa epäjärjestyksen astetta. Toisin sanoen, Termodynamiikan toinen periaate kertoo, että kun järjestelmä saavuttaa tasapainopisteen, se lisää järjestelmän häiriöiden määrää. Tämä voi tarkoittaa sitä, että jos annamme järjestelmälle tarpeeksi aikaa, se tulee lopulta epätasapainoiseksi.
Tämä on laki, joka vastaa joidenkin fyysisten ilmiöiden peruuttamattomuuden selittämisestä. Esimerkiksi se auttaa meitä selittämään, miksi paperi palanut paperi ei voi palata alkuperäiseen muotoonsa. Tässä paperi- ja tulipaloina tunnetussa järjestelmässä häiriöt ovat lisääntyneet siinä määrin, että ei ole mahdollista palata alkuperäänsä. Tämä laki esittelee entropiatilan toiminnon, joka fyysisten järjestelmien tapauksessa on vastuussa häiriön asteen ja sen väistämättömän energian menetyksen edustamisesta.
Ymmärtääksemme toisen termodynamiikan periaatteen annamme esimerkin. Jos poltamme tietyn määrän ainetta ja laitamme pallon yhteen tuhkan kanssa, voimme nähdä, että ainetta on vähemmän kuin alkutilassa. Tämä johtuu siitä, että aine on muuttunut kaasuiksi Niitä ei voida ottaa talteen, ja niiden on sirottava ja sotkeuduttava. Näin näemme, että tilassa yksi oli ainakin entropia kuin tilassa kaksi.
Kolmas periaate
Kun absoluuttinen nolla saavutetaan, fyysinen järjestelmäprosessi pysähtyy. Absoluuttinen nolla on alin lämpötila, jonka voimme saavuttaa. Tässä tapauksessa mitataan lämpötila Kelvin -asteina. Tällä tavalla voidaan sanoa, että lämpötila ja jäähdytys saavat järjestelmän entropian olemaan nolla. Näissä tapauksissa se on enemmän kuin vakio. Kun se saavuttaa absoluuttisen nollan, fyysinen järjestelmäprosessi pysähtyy. Siksi entropialla on vähimmäisarvo, mutta vakio.
Absoluuttisen nollan saavuttaminen on helppo tehtävä. Kelvin -asteen absoluuttinen nolla -arvo on nolla, mutta jos käytämme sitä sisään Celsius -lämpötila -asteikon mittaus on -273,15 astetta. Tämä periaate liittyy myös peruskäsitteisiin termodynamiikka.
Nolla laki
Tämä laki on jälkimmäinen oletti ja sanoo, että jos A = C ja B = C, niin A = B. Tämä määrittää kolmen muun termodynamiikan lain perus- ja perussäännöt. Se on nimi, joka olettaa termisen tasapainon lain. Toisin sanoen, jos järjestelmä ja muut järjestelmät ovat lämpötilan tasapainossa itsenäisesti, niiden on oltava lämpötasapainossa. Tämä laki mahdollistaa lämpötilaperiaatteiden vahvistamisen. Tätä periaatetta käytetään kahden eri kohteen lämpöenergian vertaamiseen lämpötilan tasapainotilassa. Jos nämä kaksi kohdetta ovat lämpötasapainossa, ne ovat tarpeettomasti samassa lämpötilassa. Toisaalta, jos ne molemmat muuttavat kolmannen järjestelmän lämpötasapainoa, ne vaikuttavat myös toisiinsa.
Toivon, että näiden tietojen avulla voit oppia lisää sen ominaisuuksien termodynamiikan periaatteista.