A termodinamika áttekintése és alapvető fogalmak

A termodinamika a a fizika területe amely a hőség és egyéb tulajdonságok (például nyomás, sűrűség, hőfokstb.) egy anyagban.

A termodinamika főleg arra összpontosít, hogy a hőátadás a termodinamikai folyamaton áteső fizikai rendszer különféle energiaváltozásaihoz kapcsolódik. Az ilyen folyamatok rendszerint eredményt eredményeznek munka amelyeket a rendszer hajt végre, és amelyeket a termodinamikai törvények.

Általánosságban elmondható, hogy egy anyag hőjét az anyag részecskéiben lévő energia ábrázolásaként értjük. Ez az úgynevezett a gázok kinetikai elmélete, bár a koncepció változó mértékben vonatkozik a szilárd anyagokra és a folyadékokra is. Ezeknek a részecskéknek a mozgása során keletkező hő átjuthat közeli részecskékbe, tehát az anyag más részeire vagy egyéb anyagokra, különféle eszközökkel:

• Hőkontaktus amikor két anyag befolyásolhatja egymás hőmérsékletét.
• Termikus egyensúly akkor, amikor két hőkontaktusban lévő anyag már nem továbbítja a hőt.
• Hőtágulás akkor történik, amikor egy anyag térfogata növekszik, miközben hőt nyer. Termikus összehúzódás is létezik.
instagram viewer
• Hővezetés akkor, amikor a hő melegített szilárd anyagon áramlik át.
• Konvekció amikor a hevített részecskék hőt továbbadnak egy másik anyaghoz, például valami forrásban lévő vízben főzhetnek.
• Sugárzás akkor, amikor a hőt átviszik elektromágneses hullámok útján, például a nap által.
• Szigetelés amikor alacsony hővezető anyagot használunk a hőátadás megakadályozására.

Egy rendszer megy keresztül: termodinamikai folyamat amikor a rendszerben valamilyen energetikai változás történik, általában a nyomás, térfogat, belső energia (azaz hőmérséklet) vagy bármilyen hőátadás változásával jár.

A termodinamikai folyamatoknak különféle típusai vannak, amelyek különleges tulajdonságokkal rendelkeznek:

• Adiabatikus folyamat - olyan folyamat, amelynek során hő nem kerül át a rendszerbe vagy a rendszerből.
• Isochoric folyamat - a hangerő változása nélküli folyamat, amely esetben a rendszer nem működik.
• Izobarikus folyamat - nyomásváltozás nélküli folyamat.
• Izotermikus folyamat - a hőmérséklet-változás nélküli folyamat.

Az anyag állapota egy fizikai szerkezet típusának leírása, amelyben az anyag megjelenik, olyan tulajdonságokkal, amelyek leírják, hogy az anyag miként tartja össze (vagy nem). Öt van az anyag állapota, bár általában csak az első három részt vesz az anyagállapotok gondolkodásmódjában:

• gáz
• folyékony
• szilárd
• vérplazma
• szuperfolyadék (például a Bose-Einstein kondenzátum)

Számos anyag tud átmenni az anyag gáz-, folyadék- és szilárd fázisai között, míg csak néhány ritka anyagról ismert, hogy képesek túlfolyó állapotba lépni. A plazma az anyag különálló állapota, például a villámlás

• kondenzáció - gáz folyadékig
• fagyasztás - folyékony szilárd anyaggá
• olvadás - szilárd, folyékony
• szublimáció - szilárd gáz
• párologtatás - folyékony vagy szilárd gázzá

A hőkapacitás, C, egy objektum a hőváltozás aránya (energiaváltozás, ΔQ, ahol a görög Delta, Δ szimbólum a mennyiség változását jelöli) a hőmérséklet változására (ΔT).

C = Δ Q / Δ T

Az anyag hőkapacitása jelzi az anyag melegítésének könnyítését. A jó hővezető lenne a alacsony hőkapacitás, jelezve, hogy egy kis mennyiségű energia nagy hőmérsékleti változást okoz. Egy jó hőszigetelőnek nagy hőkapacitása lenne, ami azt jelzi, hogy a hőmérséklet-változáshoz sok energiaszükséglet szükséges.

Különbözőek vannak ideális gáz egyenletek amelyek hőmérsékletet mutatják (T₁), nyomás (P₁) és a térfogat (V₁). Ezeket az értékeket a termodinamikai változás után (T₂), (P₂) és (V₂). Egy adott anyagmennyiség esetén n (mólban mérve) a következő kapcsolatok fennállnak:

Boyle törvénye ( T állandó):
P₁V₁ = P₂V₂
Károly / Gay-Lussac törvény (P állandó):
V₁/T₁ = V₂/T₂
Ideális gáz törvény:
P₁V₁/T₁ = P₂V₂/T₂ = nR

R az a ideális gázállandó, R = 8,3145 J / mol * K. Ezért egy adott anyagmennyiségre nR állandó, ami megadja az ideális gáz törvényt.

• A termodinamika nulla törvénye - Két rendszer termikus egyensúlyban van egy harmadik rendszerrel és egy harmadik rendszer egymással szemben termikus egyensúlyban van.
• A termodinamika első törvénye - A rendszer energiaváltozása a rendszerhez hozzáadott energia mennyiségéből, levonva a munka elvégzéséhez felhasznált energiát.
• A termodinamika második törvénye - Lehetetlen, hogy egy eljárás kizárólag annak eredményeként járjon el, hogy a hő egy hűvösebb testből melegebb legyen.
• A termodinamika harmadik törvénye - Lehetetlen egyetlen rendszert sem abszolút nullára csökkenteni egy véges műveletsorban. Ez azt jelenti, hogy nem lehet tökéletesen hatékony hőmotort létrehozni.

A termodinamika második törvényét megismételhetjük, hogy beszéljünk entrópia, amely a rendellenesség mennyiségi mérése egy rendszerben. A hőváltozás osztva a abszolút hőmérséklet az a entrópia változás a folyamat. Ilyen módon meghatározva, a második törvény visszaállítható:

Bármely zárt rendszerben a rendszer entrópiája állandó marad, vagy növekszik.

Írta:zárt rendszer" ez azt jelenti minden a folyamat entrópiájának kiszámításakor a folyamat egy részét is figyelembe vesszük.

Bizonyos szempontból megtévesztő a termodinamika különálló fizikai tudományágként kezelése. A termodinamika szinte a fizika minden területét érinti, az asztrofizikától a biofizikáig, mivel ezek mindegyike valamilyen módon foglalkozik a rendszer energiaváltozásával. Annak hiányában, hogy egy rendszer képes energiát felhasználni a rendszeren belül a munka elvégzéséhez - a termodinamika középpontjába -, a fizikusok semmit sem tanulnának.

Ennek ellenére vannak olyan területek, amelyek termodinamikát használnak az áthaladás során, amikor másokat tanulnak jelenségek, míg számos olyan terület létezik, amelyek erősen a termodinamikai helyzetekre koncentrálnak magában foglal. Íme néhány a termodinamika alterülete:

• Krofizika / Kriogén / alacsony hőmérsékletű fizika - tanulmányozása fizikai tulajdonságok alacsony hőmérsékleten, jóval a Föld leghidegebb területein tapasztalható hőmérsékletek alatt. Erre példa a szuperfolyadékok vizsgálata.
• Folyadékdinamika / folyadékmechanika - a "folyadékok" fizikai tulajdonságainak tanulmányozása, amelyeket ebben az esetben kifejezetten folyadékoknak és gázoknak határoztak meg.
• Magasnyomású fizika - az fizika tanulmányozása rendkívül magas nyomású rendszerekben, általában a folyadék dinamikájával kapcsolatban.
• Meteorológia / Időjárásfizika - az időjárás fizikája, a légköri nyomásrendszerek stb.
• Plazmafizika - az anyag vizsgálata plazma állapotban.