Các định luật nhiệt động lực học

Chắc chắn bạn đã từng nghe đến khái niệm định luật nhiệt động lực học. Nó cũng được biết đến với các nguyên lý nhiệt động lực học. Chúng đề cập đến các công thức cơ bản nhất của nhánh vật lý này. Nó giống như thể ông là cha của chúng tôi về cơ sở của tất cả mọi thứ. Chúng là một tập hợp các tình huống công thức chịu trách nhiệm mô tả hành vi của cái gọi là hệ thống nhiệt động lực học. Các hệ thống này là một phần của vũ trụ được cô lập theo cách lý thuyết để có thể thực hiện các nghiên cứu và hiểu mọi thứ liên quan đến vật lý cơ bản như nhiệt độ, năng lượng và entropi.

Trong bài viết này, chúng tôi sẽ giải thích mọi thứ bạn cần biết về các định luật nhiệt động lực học.

Các định luật nhiệt động lực học

Có 4 định luật nhiệt động lực học và chúng được liệt kê từ XNUMX đến XNUMX, những định luật này giúp hiểu tất cả các quy luật vật lý của vũ trụ cũng như sự bất khả thi của một số hiện tượng được nhìn thấy trong thế giới của chúng ta.

Các luật này có nguồn gốc hoặc khác nhau. Một số được xây dựng từ những cái trước. Định luật cuối cùng của nhiệt động lực học được biết đến là định luật số không. Những luật này là vĩnh viễn trong tất cả các nghiên cứu và nghiên cứu được thực hiện trong các phòng thí nghiệm. Chúng rất cần thiết để hiểu cách vũ trụ của chúng ta hoạt động. Chúng ta sẽ lần lượt mô tả các định luật nhiệt động lực học là gì.

Định luật đầu tiên của nhiệt động lực học

Luật này nói rằng năng lượng không thể được tạo ra hoặc bị phá hủy, chỉ được chuyển hóa. Đây còn được gọi là định luật bảo toàn năng lượng. Thực tế chỉ ra rằng trong bất kỳ hệ thống vật chất nào cô lập với môi trường của nó, năng lượng ở tất cả các lượng của nó sẽ luôn luôn như nhau. Mặc dù năng lượng có thể được chuyển đổi theo cách này hay cách khác thành các dạng năng lượng khác, nhưng tổng thể của tất cả năng lượng này luôn giống nhau.

Chúng tôi sẽ đưa ra một ví dụ để hiểu nó tốt hơn. Theo nguyên tắc này, nếu chúng ta cung cấp một lượng năng lượng nhất định dưới dạng nhiệt cho một hệ vật chất, thì tổng năng lượng có thể được tính bằng cách tìm hiệu giữa mức tăng nội năng của nó cộng với công do hệ thực hiện trong vùng lân cận. Đó là, sự khác biệt giữa năng lượng mà hệ thống có tại thời điểm đó và công việc nó đã thực hiện sẽ là nhiệt năng được giải phóng. Tuy nhiên, Nếu chúng ta cộng tất cả tổng năng lượng của hệ, mặc dù một phần của nó đã được biến đổi thành nhiệt, thì tổng năng lượng của hệ vẫn như nhau.

Định luật thứ hai của nhiệt động lực học

Luật này nói như sau: cho đủ thời gian, tất cả các hệ thống cuối cùng sẽ có xu hướng mất cân bằng. Nguyên tắc này còn được biết đến với cái tên định luật entropi. Nó có thể được tóm tắt như sau. Lượng entropi tồn tại trong vũ trụ có xu hướng tăng lên theo thời gian. Entropy của một hệ thống là thứ đo lường mức độ rối loạn của nó. Đó là, định luật thứ hai của nhiệt động lực học cho chúng ta biết rằng mức độ rối loạn của các hệ thống tăng lên khi chúng đạt đến điểm cân bằng. Điều này có nghĩa là nếu chúng ta dành đủ thời gian cho một hệ thống thì cuối cùng nó sẽ mất cân bằng.

Đây là định luật có nhiệm vụ giải thích tính không thể đảo ngược của một số hiện tượng vật lý. Ví dụ, giúp chúng tôi giải thích tại sao một tờ giấy bị cháy một tờ giấy không thể trở lại hình dạng ban đầu. Trong hệ thống được gọi là giấy và lửa này, tình trạng hỗn loạn đã gia tăng đến mức không thể quay trở lại nguồn gốc của nó. Định luật này đưa ra hàm trạng thái entropy, hàm này trong trường hợp hệ thống vật lý chịu trách nhiệm đại diện cho mức độ rối loạn và sự mất năng lượng không thể tránh khỏi của nó.

Tất cả điều này hoạt động với entropy, liên kết mức năng lượng không thể được sử dụng bởi một hệ thống và do đó bị mất vào môi trường. Điều này xảy ra nếu nó là một sự thay đổi trong trạng thái cân bằng. Mức độ cân bằng cuối cùng sẽ có nhiều entropi hơn mức đầu tiên. Định luật này nói rằng sự thay đổi entropi sẽ luôn bằng hoặc lớn hơn nhiệt truyền chia cho nhiệt độ của hệ. Nhiệt độ trong trường hợp này là một biến số quan trọng để xác định entropy của hệ thống.

Để hiểu nguyên lý thứ hai của nhiệt động lực học, chúng ta sẽ đưa ra một ví dụ. Nếu chúng ta đốt cháy một lượng vật chất nhất định và chúng ta đặt quả bóng cùng với tro kết quả, chúng ta có thể xác minh rằng có ít vật chất hơn so với trạng thái ban đầu. Điều này là do vật chất đã trở thành khí không thể phục hồi và dẫn đến phân tán và rối loạn. Đây là cách chúng ta thấy rằng ở trạng thái một có ít nhất entropy hơn ở trạng thái hai.

Định luật thứ ba của nhiệt động lực học

Luật này nói như sau: khi đạt đến độ không tuyệt đối, các quá trình của hệ thống vật lý dừng lại. Độ không tuyệt đối là nhiệt độ thấp nhất mà chúng ta có thể ở. Trong trường hợp này, chúng tôi đo nhiệt độ theo độ Kelvin. Bằng cách này, người ta nói rằng nhiệt độ và sự làm mát làm cho entropi của hệ thống được đưa về độ không tuyệt đối. Trong những trường hợp này, nó được coi như một hằng số xác định. Khi đạt đến độ không tuyệt đối, các quá trình của hệ thống vật lý dừng lại. Do đó, entropy sẽ có giá trị nhỏ nhất nhưng không đổi.

Có đến không tuyệt đối hay không là điều dễ dàng. Giá trị của độ không tuyệt đối theo độ kelvin là XNUMX nhưng nếu chúng ta sử dụng nó trong phép đo thang nhiệt độ độ C. là -273.15 độ.

Định luật XNUMX của nhiệt động lực học

Luật này là luật cuối cùng được chạy và đọc như sau: nếu A = C và B = C thì A = B. Điều này thiết lập các giới luật cơ bản và cơ bản của ba định luật khác của nhiệt động lực học. Đó là điều được giả định bởi tên của định luật cân bằng nhiệt. Nghĩa là, nếu các hệ ở trạng thái cân bằng nhiệt độc lập với các hệ khác, thì chúng phải cân bằng nhiệt với nhau. Định luật này cho phép thiết lập nguyên lý về nhiệt độ. Nguyên tắc này dùng để so sánh nhiệt năng của hai vật thể khác nhau ở trạng thái cân bằng nhiệt với nhau. Nếu hai vật thể này cân bằng nhiệt, nó sẽ không cần thiết ở cùng một nhiệt độ. Mặt khác, nếu cả hai đều thay đổi cân bằng nhiệt bằng hệ thứ ba thì chúng cũng sẽ đồng đẳng với nhau.

Tôi hy vọng rằng với những thông tin này, bạn có thể hiểu thêm về các định luật nhiệt động lực học.