Какво е термодинамика:
Термодинамиката е клонът на физиката, който изучава връзката между топлината, приложената сила (известна още като работа) и енергийния трансфер.
Думата термодинамика идва от гръцките корени θερμο- (термо-), което означава "топлина", и δυναμικός (dynamikós), което от своя страна произтича от δύναμις (динамика), което означава „сила“ или „сила“.
Термодинамичните процеси се определят от три основни закона.
- Първият закон ни позволява да разберем как се запазва енергията.
- Вторият закон се използва, за да се знаят условията, необходими за настъпването на трансфера на енергия.
- Третият закон служи за познаване на поведението на системите в равновесие.
Разбирането на термодинамичните процеси е важно в области като промишленото инженерство, където трябва да се използват големи количества енергия за работа на множество машини.
Законите на термодинамиката също ни позволяват да разберем функционирането на системите в области като биохимия, космология и генетика.
Закони на термодинамиката
В термодинамиката има три закона, които обясняват как топлината и енергията работят и се предават. Ще ги обясним подробно по-долу.
Първи закон на термодинамиката
Първият закон се занимава с опазването на енергията: енергията нито се създава, нито се унищожава, а само се трансформира. Например:
- Слънчевата енергия се трансформира в електрическа за бензиностанция.
- Тази електрическа енергия може да се използва за зареждане на батерията на електрическата кола.
- Електрическата кола може да преобразува натрупаната енергия в изместване.
Следователно енергията винаги е в движение.
Опростената формула ще бъде следната:
Втори закон на термодинамиката
Вторият закон на термодинамиката позволява да се определят две неща:
- Посоката, в която се осъществява трансферът на енергия.
- Условията, които са необходими за обратния процес.
Оттук научаваме, че съществуват обратими и необратими процеси.
Например, трапезната сол се смесва спонтанно с вода чрез процес, наречен разреждане. Този процес отделя топлина.
За да се обърне този процес и да се образуват отново кристали на сол, трябва да се приложи топлина, която позволява на водата да се изпари и да я отдели от солта. Системата абсорбира топлината.
Опростената формула ще бъде следната:
Трети закон на термодинамиката
Третият закон на термодинамиката съчетава двата предишни закона и ги прилага към системи в абсолютно равновесие. В това състояние има минимален енергиен обмен и максимална степен на разстройство (или ентропия).
Третият закон се прилага за затворени системи. Този тип системи се наблюдават само в теоретичната физика и химия.
Опростената формула ще бъде следната:
Видове системи в термодинамиката
За да се разберат законите на термодинамиката, първо е важно да се познават видовете системи, които съществуват, и тяхното поведение.
Всичко около нас се състои от системи и повечето от познатите ни системи обменят енергия. Системите се класифицират в три типа: отворени, затворени и изолирани.
- Отворени системи: те обменят енергия и материя с външната страна (например огън).
- Затворени системи: те обменят енергия само с външната страна (например мобилен телефон).
- Изолирани системи: Те не обменят материя или енергия (те са само теоретични).
Докато първият и вторият закон на термодинамиката се прилагат за отворени и затворени системи, третият закон се прилага за изолирани системи.
Състояние на системата
Има две основни състояния, в които могат да бъдат намерени системи (независимо от техния тип).
- Активни системи: ако има енергиен обмен, системата се казва активна.
- Системи в покой или равновесие: ако няма енергиен обмен, системата се счита за покой или в равновесие.
Топло и топлообмен в термодинамиката
Според физиката топлината е потокът от енергия, който съществува, когато две системи с различни температури влязат в контакт. Термичното равновесие се постига, когато всички засегнати системи достигнат еднаква температура.
В термодинамичните системи, ако две от тях са в равновесие с трета система, те също са в равновесие помежду си. Следователно при достигане на равновесие температурата е постоянна.
