Prawa termodynamiki

Na pewno kiedykolwiek słyszałeś o koncepcji prawa termodynamiki. Znany jest również z zasad termodynamiki. Odnoszą się one do najbardziej elementarnych sformułowań z tej gałęzi fizyki. To tak, jakby był naszym ojcem, jeśli chodzi o podstawę wszystkiego. Są zbiorem sytuacji wzorcowych, które są odpowiedzialne za opisanie zachowania się tzw. Układów termodynamicznych. Systemy te są częścią wszechświata wyizolowaną w sposób teoretyczny, aby móc przeprowadzić badania i zrozumieć wszystko, co dotyczy fizyki podstawowej, takiej jak temperatura, energia i entropia.

W tym artykule wyjaśnimy wszystko, co musisz wiedzieć o prawach termodynamiki.

Prawa termodynamiki

Istnieją 4 prawa termodynamiki i są one wymienione od zera do trzech. Prawa te służą do zrozumienia wszystkich praw fizycznych naszego wszechświata, a także niemożności zaobserwowania pewnych zjawisk w naszym świecie.

Te prawa mają różne pochodzenie. Niektóre zostały sformułowane na podstawie poprzednich. Ostatnią znaną zasadą termodynamiki jest zasada zerowa. Prawa te są trwałe we wszystkich badaniach i badaniach prowadzonych w laboratoriach. Są niezbędne, aby zrozumieć, jak działa nasz wszechświat. Po kolei opiszemy, jakie są prawa termodynamiki.

Pierwsza zasada termodynamiki

To prawo tak mówi energii nie można stworzyć ani zniszczyć, można ją jedynie przekształcić. Jest to również znane jako prawo zachowania energii. W praktyce oznacza to, że w każdym układzie fizycznym odizolowanym od otoczenia energia w całej jej ilości będzie zawsze taka sama. Chociaż energię można w ten czy inny sposób przekształcić w inne rodzaje energii, całość tej energii jest zawsze taka sama.

Podamy przykład, aby lepiej to zrozumieć. Zgodnie z tą zasadą, jeśli dostarczamy pewną ilość energii w postaci ciepła do układu fizycznego, całkowitą ilość energii można obliczyć, znajdując różnicę między wzrostem jej energii wewnętrznej a pracą wykonaną przez system w jego okolica. Oznacza to, że różnica między energią, którą system ma w tym momencie, a pracą, którą wykonał, będzie uwolnioną energią cieplną. Jednak, Jeśli zsumujemy całą całkowitą energię systemu, mimo że jej część została przekształcona w ciepło, to całkowita suma energii systemu jest taka sama.

Druga zasada termodynamiki

To prawo mówi, co następuje: jeśli zajmie wystarczająco dużo czasu, wszystkie systemy w końcu będą miały tendencję do niezrównoważenia. Zasada ta jest również znana pod nazwą prawa entropii. Można to podsumować w następujący sposób. Ilość entropii, która istnieje we wszechświecie, ma tendencję do zwiększania się w czasie. Entropia systemu jest tym, co mierzy stopień jego nieporządku. Oznacza to, że druga zasada termodynamiki mówi nam, że stopień nieuporządkowania systemów zwiększa się, gdy osiągną one punkt równowagi. Oznacza to lub oznacza, że ​​jeśli poświęcimy systemowi wystarczająco dużo czasu, w końcu będzie miał nierównowagę.

To jest prawo, które odpowiada za wyjaśnienie nieodwracalności niektórych zjawisk fizycznych. Na przykład, pomaga nam wyjaśnić, dlaczego papier spalił się, papier nie może wrócić do swojego pierwotnego kształtu. W systemie znanym jako papier i ogień nieporządek urósł do tego stopnia, że ​​nie jest możliwy powrót do jego źródła. Prawo to wprowadza funkcję stanu entropii, która w przypadku układów fizycznych odpowiada za odwzorowanie stopnia nieuporządkowania i nieuchronnej utraty energii.

Wszystko to działa z entropią, łącząc stopień energii, której system nie może wykorzystać, a zatem jest tracona na rzecz środowiska. Dzieje się tak, jeśli jest to zmiana stanu równowagi. Ostatni stopień równowagi będzie miał większą entropię niż pierwszy. Zgodnie z tym prawem zmiana entropii zawsze będzie równa lub większa niż wymiana ciepła podzielona przez temperaturę układu. Temperatura w tym przypadku jest ważną zmienną definiującą entropię układu.

Aby zrozumieć drugą zasadę termodynamiki, podamy przykład. Jeśli spalimy pewną ilość materii i złożymy kulkę razem z powstałym popiołem, możemy zweryfikować, że materii jest mniej niż w stanie początkowym. Dzieje się tak, ponieważ materia stała się gazami, których nie można odzyskać, co prowadzi do rozproszenia i nieporządku. W ten sposób widzimy, że w stanie pierwszym była przynajmniej entropia niż w stanie drugim.

Trzecia zasada termodynamiki

To prawo mówi, co następuje: po osiągnięciu zera absolutnego zatrzymują się procesy systemów fizycznych. Bezwzględne zero to najniższa temperatura, w jakiej możemy być. W tym przypadku temperaturę mierzymy w stopniach Kelvina. W ten sposób stwierdza się, że temperatura i chłodzenie powodują, że entropia układu jest zerowa. W takich przypadkach traktowany jest bardziej jako określona stała. Po osiągnięciu zera absolutnego procesy systemów fizycznych zatrzymują się. Dlatego entropia będzie miała minimalną, ale stałą wartość.

Osiągnięcie absolutnego zera lub nie jest łatwe. Wartość zera absolutnego w stopniach kelwinów wynosi zero, ale jeśli użyjemy go do pomiaru skali temperatury Celsjusza wynosi -273.15 stopni.

Zerowe prawo termodynamiki

To prawo zostało uruchomione jako ostatnie i brzmi następująco: jeśli A = C i B = C, to A = B. To ustanawia podstawowe i fundamentalne zasady pozostałych trzech praw termodynamiki. Tak zakłada nazwa prawa równowagi termicznej. Oznacza to, że jeśli układy są w równowadze termicznej niezależnie od innych układów, to muszą być ze sobą w równowadze termicznej. Prawo to umożliwia ustalenie zasady temperatury. Zasada ta służy do porównania energii cieplnej dwóch różnych ciał znajdujących się w równowadze termicznej między sobą. Jeśli te dwa ciała mają równowagę termiczną, niepotrzebnie będą w tej samej temperaturze. Z drugiej strony, jeśli obaj zmienią bilans termiczny z trzecim systemem, to również będą ze sobą.

Mam nadzieję, że dzięki tym informacjom dowiesz się więcej o prawach termodynamiki.