Objašnjavamo što je termodinamika i od čega se sastoji termodinamički sustav. Također, koji su zakoni termodinamike.
Što je termodinamika?
Zove se termodinamika (od grč termos, "Vrulina" i dinamo, "Moć, snaga") na granu fizički koja proučava mehanička djelovanja topline i drugih sličnih oblika energije. Njegova studija pristupa objektima kao stvarnim makroskopskim sustavima, kroz znanstvena metoda i deduktivno zaključivanje, obraćajući pozornost na opsežne varijable kao što su entropija, unutarnja energija ili volumen; kao i neekstenzivne varijable kao što su temperatura, the Pritisak ili kemijski potencijal, među ostalim vrstama veličina.
Međutim, termodinamika ne nudi tumačenje veličina koje proučava, a njeni predmeti proučavanja su uvijek sustava u stanju ravnoteže, odnosno one čije su karakteristike odredive unutarnjim elementima, a ne toliko vanjskim silama koje na njih djeluju. Iz tog razloga smatrajte da je Energija može se mijenjati samo iz jednog sustava u drugi kao a toplina ili od posao.
Formalno proučavanje termodinamike započelo je zahvaljujući Ottu von Guerickeu 1650. godine, njemačkom fizičaru i pravniku koji je dizajnirao i izgradio prvu vakuumsku pumpu, pobijajući Aristotela i njegovu maksimu da se "priroda gnuša vakuuma" svojim primjenama. Nakon ovog izuma, znanstvenici Robert Boyle i Robert Hooke pročistili su svoje sustave i pogledali korelaciju između tlaka, temperature i volumena. Tako su rođeni principi termodinamike.
Termodinamički sustav
Termodinamički sustav shvaća se kao dio svemira koji je, u svrhu proučavanja, konceptualno izoliran od ostatka i pokušava autonomno razumjeti. Obratite pažnju na načine na koje se energija mijenja ili čuva i, u isto vrijeme, na njezinu razmjenu materija i/ili energije s okolišem ili s drugim sličnim sustavima (ako ih ima). To je, dakle, metoda proučavanja termodinamike.
Glavni kriterij za klasifikaciju ovih sustava temelji se na njihovoj izolaciji od okoliša, čime se razlikuje:
- Otvoreni sustavi. Oni koji slobodno izmjenjuju energiju i materiju sa svojim okolišem, kao što to čini većina poznatih sustava u svakodnevnom životu. Na primjer: automobil. Jedna ga predaje gorivo i vraća se u okolinu plinovi I toplina.
- Zatvoreni sustavi. Oni koji izmjenjuju energiju sa svojom okolinom, ali ne materiju. To je ono što se događa sa zatvorenim spremnikom, kao što je limenka, čiji je sadržaj nepromjenjiv, ali gubi toplinu svrijeme, raspršujući ga u zrak oko sebe.
- Izolirani sustavi. One koje u određenoj mjeri ne izmjenjuju energiju ili materiju s okolinom. Naravno, ne postoje savršeno izolirani sustavi, ali u određenoj mjeri postoje: termos koji sadrži Voda vruće će neko vrijeme zadržati svoju temperaturu, dovoljno da ostane izolirano neko vrijeme.
Zakoni termodinamike
"Nulti zakon" logički se izražava ovako: ako je A = C i B = C, onda je A = B.
Termodinamikom upravlja ono što je utemeljeno u njezina četiri temeljna principa ili zakona, koje su formulirali razni znanstvenici tijekom povijesti ovog disciplina. Navedena načela ili zakoni su:
- Prvo načelo, ili Zakon održanja energije. Ona kaže da će ukupna količina energije u bilo kojem fizičkom sustavu izoliranom od okoline uvijek biti ista, iako se može transformirati iz jednog oblika energije u mnogo različitih. S manje riječi: "Energija se ne može stvoriti ili uništiti, samo transformirati."
- Treći princip ili zakon apsolutne nule. To nalaže da će entropija sustava koji je doveden na apsolutnu nulu uvijek biti određena konstanta. To znači da se pri dostizanju apsolutne nule (-273,15 °C ili 0 K) procesi fizičkih sustava zaustavljaju i entropija ima konstantnu minimalnu vrijednost.
- Princip nule ili zakon toplinske ravnoteže. Zove se "nulti zakon" jer, iako je bio posljednji, osnovni i temeljni propisi koje on uspostavlja imaju prednost nad ostala tri zakona. Nalaže da „ako su dva sustava in toplinska ravnoteža neovisno o trećem sustavu, oni također moraju biti u toplinskoj ravnoteži jedni s drugima.
Kemijska termodinamika
Kemijska termodinamika je zasebno područje proučavanja, usredotočeno na korelaciju između topline i rada, te kemijske reakcije, sve uokvireno u ono što je ustanovljeno principima termodinamike. Odnosno, radi se o primjeni zakona termodinamike, posebice prva dva, na svijet reakcija između tvari i spojeva, kako bi se dobile takozvane "temeljne Gibbsove jednadžbe", koje određuju način na koji kemijska energija sadržane u različitim spojevima mijenja se i prenosi, odnosno kako stupanj entropije svemir svaki put kad dođe do spontane reakcije.