Σίγουρα έχετε ακούσει ποτέ την ιδέα του νόμοι της θερμοδυναμικής. Είναι επίσης γνωστό για τις αρχές της θερμοδυναμικής. Αυτά αναφέρονται στις πιο στοιχειώδεις διατυπώσεις αυτού του κλάδου της φυσικής. Είναι σαν να είναι ο πατέρας μας ως προς τη βάση όλων. Είναι ένα σύνολο καταστάσεων τύπου που είναι υπεύθυνοι για την περιγραφή της συμπεριφοράς των λεγόμενων θερμοδυναμικών συστημάτων. Αυτά τα συστήματα είναι ένα τμήμα του σύμπαντος που έχει απομονωθεί θεωρητικά για να είναι σε θέση να κάνει μελέτες και να κατανοήσει ό, τι αφορά τη θεμελιώδη φυσική όπως η θερμοκρασία, η ενέργεια και η εντροπία.
Σε αυτό το άρθρο θα εξηγήσουμε όλα όσα πρέπει να γνωρίζετε για τους νόμους της θερμοδυναμικής.
Νόμοι της θερμοδυναμικής
Υπάρχουν 4 νόμοι της θερμοδυναμικής και απαριθμούνται από μηδέν έως τρεις, αυτοί οι νόμοι χρησιμεύουν στην κατανόηση όλων των φυσικών νόμων του σύμπαντος μας, καθώς και στην αδυναμία ορισμένων φαινομένων που παρατηρούνται στον κόσμο μας.
Αυτοί οι νόμοι έχουν διαφορετική ή προέλευση. Μερικά διατυπώθηκαν από τα προηγούμενα. Ο τελευταίος γνωστός νόμος της θερμοδυναμικής είναι ο μηδενικός νόμος. Οι νόμοι αυτοί είναι μόνιμοι σε όλες τις μελέτες και έρευνες που πραγματοποιούνται σε εργαστήρια. Είναι απαραίτητα για να κατανοήσουμε πώς λειτουργεί το σύμπαν μας. Θα περιγράψουμε ένα προς ένα ποιοι είναι οι νόμοι της θερμοδυναμικής.
Πρώτος Νόμος Θερμοδυναμικής
Αυτός ο νόμος το λέει αυτό η ενέργεια δεν μπορεί να δημιουργηθεί ή να καταστραφεί, μόνο να μετατραπεί. Αυτό είναι επίσης γνωστό ως ο νόμος της διατήρησης της ενέργειας. Αυτό δείχνει πρακτικά ότι σε οποιοδήποτε φυσικό σύστημα απομονωμένο από το περιβάλλον του, η ενέργεια σε όλη της την ποσότητα θα είναι πάντα η ίδια. Αν και η ενέργεια μπορεί να μετατραπεί με τον ένα ή τον άλλο τρόπο σε άλλους τύπους ενεργειών, το σύνολο αυτής της ενέργειας είναι πάντα το ίδιο.
Θα δώσουμε ένα παράδειγμα για να το κατανοήσουμε καλύτερα. Ακολουθώντας αυτήν την αρχή, εάν παρέχουμε μια δεδομένη ποσότητα ενέργειας με τη μορφή θερμότητας σε ένα φυσικό σύστημα, η συνολική ποσότητα ενέργειας μπορεί να υπολογιστεί εντοπίζοντας τη διαφορά μεταξύ της αύξησης της εσωτερικής της ενέργειας συν της εργασίας που επιτελεί το σύστημα στο περιβαλλοντας ΧΩΡΟΣ. Με άλλα λόγια, η διαφορά μεταξύ της ενέργειας που έχει το σύστημα εκείνη τη στιγμή και της εργασίας που έχει κάνει θα είναι η θερμική ενέργεια που απελευθερώνεται. Ωστόσο, Εάν προσθέσουμε όλη τη συνολική ενέργεια του συστήματος, παρόλο που μέρος του έχει μετατραπεί σε θερμότητα, το συνολικό άθροισμα της ενέργειας του συστήματος είναι το ίδιο.
Δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής
Αυτός ο νόμος λέει τα εξής: Με δεδομένο αρκετό χρόνο, όλα τα συστήματα θα τείνουν τελικά να είναι ανισορροπία. Αυτή η αρχή είναι επίσης γνωστή με το όνομα του νόμου της εντροπίας. Μπορεί να συνοψιστεί ως εξής. Η ποσότητα εντροπίας που υπάρχει στο σύμπαν τείνει να αυξάνεται με την πάροδο του χρόνου. Η εντροπία ενός συστήματος είναι αυτό που μετράει τον βαθμό διαταραχής του. Δηλαδή, ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής μας λέει ότι ο βαθμός διαταραχής των συστημάτων αυξάνεται μόλις φτάσουν στο σημείο ισορροπίας. Αυτό ή σημαίνει ότι εάν δώσουμε αρκετό χρόνο σε ένα σύστημα θα έχει τελικά ανισορροπία.
Αυτός είναι ο νόμος που είναι υπεύθυνος για την εξήγηση του μη αναστρέψιμου ορισμένων φυσικών φαινομένων. Για παράδειγμα, μας βοηθά να εξηγήσουμε γιατί ένα χαρτί έχει κάψει ένα χαρτί δεν μπορεί να επιστρέψει στο αρχικό του σχήμα. Σε αυτό το σύστημα που είναι γνωστό ως χαρτί και φωτιά, η διαταραχή έχει αυξηθεί σε τέτοιο βαθμό ώστε να μην είναι δυνατή η επιστροφή στην προέλευσή της. Αυτός ο νόμος εισάγει τη λειτουργία εντροπίας, η οποία στην περίπτωση των φυσικών συστημάτων είναι υπεύθυνη για την αναπαράσταση του βαθμού διαταραχής και της αναπόφευκτης απώλειας ενέργειας.
Όλα αυτά λειτουργούν με εντροπία, συνδέοντας τον βαθμό ενέργειας που δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί από ένα σύστημα και ως εκ τούτου χάνεται στο περιβάλλον. Αυτό συμβαίνει εάν είναι μια αλλαγή στην κατάσταση ισορροπίας. Ο τελευταίος βαθμός ισορροπίας θα έχει περισσότερη εντροπία από τον πρώτο. Αυτός ο νόμος αναφέρει ότι η αλλαγή εντροπίας θα είναι πάντα ίση ή μεγαλύτερη από τη μεταφορά θερμότητας διαιρούμενη με τη θερμοκρασία του συστήματος. Η θερμοκρασία σε αυτήν την περίπτωση είναι μια σημαντική μεταβλητή για τον καθορισμό της εντροπίας του συστήματος.
Για να κατανοήσουμε τη δεύτερη αρχή της θερμοδυναμικής θα δώσουμε ένα παράδειγμα. Εάν κάψουμε μια συγκεκριμένη ποσότητα ύλης και βάλουμε τη μπάλα μαζί με την τέφρα που προκύπτει, μπορούμε να επαληθεύσουμε ότι υπάρχει λιγότερη ύλη από την αρχική κατάσταση. Αυτό συμβαίνει επειδή η ύλη έχει μετατραπεί σε αέρια που δεν μπορούν να ανακτηθούν και που οδηγούν σε διασπορά και διαταραχές. Έτσι βλέπουμε ότι στην πρώτη κατάσταση υπήρχε τουλάχιστον εντροπία από ό, τι στην κατάσταση δύο.
Τρίτος νόμος της θερμοδυναμικής
Αυτός ο νόμος λέει τα εξής: Όταν φτάσετε στο απόλυτο μηδέν, οι διαδικασίες των φυσικών συστημάτων σταματούν. Το απόλυτο μηδέν είναι η χαμηλότερη θερμοκρασία στην οποία μπορούμε να είμαστε. Σε αυτήν την περίπτωση, μετράμε τη θερμοκρασία σε βαθμούς Κέλβιν. Με αυτόν τον τρόπο, δηλώνεται ότι η θερμοκρασία και η ψύξη προκαλούν την εντροπία του συστήματος στο απόλυτο μηδέν. Σε αυτές τις περιπτώσεις αντιμετωπίζεται περισσότερο ως μια σταθερή σταθερά. Όταν επιτευχθεί το απόλυτο μηδέν, οι διαδικασίες των φυσικών συστημάτων σταματούν. Επομένως, η εντροπία θα έχει μια ελάχιστη αλλά σταθερή τιμή.
Το να φτάσετε στο απόλυτο μηδέν ή όχι είναι εύκολο. Η τιμή του απόλυτου μηδέν σε βαθμούς kelvin είναι μηδέν, αλλά αν το χρησιμοποιήσουμε στη μέτρηση της κλίμακας θερμοκρασίας Κελσίου είναι -273.15 μοίρες.
Μηδενικός νόμος θερμοδυναμικής
Αυτός ο νόμος ήταν ο τελευταίος που εκδόθηκε και έχει ως εξής: αν A = C και B = C, τότε A = B. Αυτό καθορίζει τις βασικές και θεμελιώδεις αρχές των άλλων τριών νόμων της θερμοδυναμικής. Είναι αυτό που υποτίθεται από το όνομα του νόμου της θερμικής ισορροπίας. Δηλαδή, εάν τα συστήματα βρίσκονται σε θερμική ισορροπία ανεξάρτητα με άλλα συστήματα, πρέπει να βρίσκονται σε θερμική ισορροπία μεταξύ τους. Αυτός ο νόμος επιτρέπει την καθιέρωση της αρχής της θερμοκρασίας. Αυτή η αρχή χρησιμεύει στη σύγκριση της θερμικής ενέργειας δύο διαφορετικών σωμάτων που βρίσκονται στη θερμική ισορροπία μεταξύ τους. Εάν αυτά τα δύο σώματα έχουν θερμική ισορροπία, θα είναι άσκοπα στην ίδια θερμοκρασία. Εάν, από την άλλη πλευρά, αλλάξουν και οι δύο τη θερμική ισορροπία με ένα τρίτο σύστημα, θα είναι επίσης μεταξύ τους.
Ελπίζω ότι με αυτές τις πληροφορίες μπορείτε να μάθετε περισσότερα για τους νόμους της θερμοδυναμικής.
Γεια σας, πώς θα μπορούσα να μάθω περισσότερα για το θέμα; Ευχαριστώ, χαιρετισμούς.