Termodinamika je ... Definicija, zakoni, aplikacije in procesi

Kaj je termodinamika? To je del fizike, ki se ukvarja s proučevanjem lastnosti makroskopskih sistemov. Hkrati so v študijo vključene tudi metode pretvorbe energije in metode njegovega prenosa. Termodinamika je veja fizike, ki proučuje procese, ki se odvijajo v sistemih in njihovih državah. O tem, kaj še sodi na seznam stvari, ki jih je preučevala, bomo danes govorili.

Opredelitev

Na sliki spodaj si lahko ogledate primer termograma, pridobljenega pri proučevanju vrčev z vročo vodo.

Termodinamika je znanost, ki temelji na splošnih dejstvih, pridobljenih z izkušnjami. Postopki, ki se pojavljajo v termodinamičnih sistemih, so opisani z uporabo makroskopskih veličin. Njihov seznam vključuje parametre, kot so koncentracija, pritisk, temperatura in podobno. Jasno je, da jih ni mogoče uporabiti za posamezne molekule, ampak se zmanjšajo na opis sistema v svoji splošni obliki (v nasprotju s tistimi, ki se uporabljajo v elektrodinamiki).

Termodinamika je veja fizike, ki ima tudi lastne zakone. Tako kot ostali so splošne narave. Posebni podatki o strukturi določene snovi ne bodo imeli bistvenega vpliva na naravo zakonov. Zato je rečeno, da je ta del fizike eden od najbolj uporabnih (ali bolje, uspešno uporabljenih) v znanosti in tehnologiji.

Uporaba

Primere lahko navedete zelo dolgo. Na primer, na področju toplotnega inženirstva ali elektroenergetike lahko najdemo številne rešitve, ki temeljijo na termodinamičnih zakonih. Kaj pa opis in razumevanje kemijskih reakcij, faznih prehodov, transportnih pojavov. Na nek način termodinamika "sodeluje" s kvantno dinamiko. Sfera njihovega stika je opis pojava črnih lukenj.

Zakoni

Zgornja slika prikazuje bistvo enega od termodinamičnih procesov - konvekcije. Topne plasti snovi segajo do vrha, hladne plasti - gremo navzdol.

Alternativno ime zakonov, ki se mimogrede ne uporablja več kot primer, je začetek termodinamike. Do danes poznajo tri (plus eno "nič" ali "splošno"). Toda preden govorimo o tem, kaj pomeni vsak zakon, bomo poskušali odgovoriti na vprašanje, kakšni so začetki termodinamike.

So zbirka določenih postulatov, ki tvorijo osnovo za razumevanje procesov, ki se pojavljajo v makrosistemih. Določbe začetka termodinamike smo ugotovili empirično, saj smo izvedli vrsto poskusov in znanstvenih študij. Tako obstajajo nekateri dokazi, ki nam dovoljujejo, da postulate v službo brez dvoma o njihovi natančnosti.

Nekateri ljudje se sprašujejo, zakaj so te same zakone potrebni za termodinamiko. No, lahko rečemo, da je potreba po njihovi uporabi posledica dejstva, da so v tem delu fizike makroskopski parametri opisani na splošno, brez kakršnekoli namige, da bi upoštevali njihovo mikroskopsko naravo ali značilnosti istega načrta. To ni sfera termodinamike, temveč statistične fizike, ki je bolj specifična. Druga pomembna stvar je dejstvo, da začetek termodinamike ni odvisen drug od drugega. To pomeni, da enega od drugega ni mogoče izpeljati.

Uporaba

Uporaba termodinamike, kot je bilo že rečeno, gre v številnih smereh. Mimogrede, eno od njenih načel je vzeto kot podlaga, ki se sicer razlaga v obliki zakona o ohranjanju energije. Termodinamične rešitve in postulati se uspešno izvajajo v panogah, kot so energetika, biomedicina, kemija. V biološki energiji se splošno uporabljata zakon o ohranjanju energije in zakon o verjetnosti in smeri termodinamičnega procesa. Poleg tega se tam uporabljajo trije najpogostejši koncepti, na katerih temeljijo vsa dela in njegov opis. To je termodinamični sistem, proces in faza procesa.

Procesi

Procesi v termodinamiki imajo drugačno stopnjo kompleksnosti. Sedem jih je. Na splošno je treba proces v tem primeru razumeti le kot sprememba v makroskopskem stanju, v katerega je bil sistem uveden prej. Treba je razumeti, da je razlika med pogojnim začetnim stanjem in končnim rezultatom lahko zanemarljiva.

Če je razlika neskončno manjša, se lahko proces, ki se je zgodil, imenuje elementarno. Če bomo razpravljali o procesih, se bomo morali zateči k dodatnim pogojem. Eden od njih je "delovno telo". Delovno telo je sistem, v katerem poteka en termični proces ali več.

Pogojno so procesi razdeljeni v neravnovesje in ravnotežje. V primeru slednjega so vse države, preko katerih mora potekati termodinamični sistem, neravnovesne. Pogosto se v takih primerih hitro spremeni sprememba stanja. Toda ravnovesni procesi so blizu kvazistatičnemu. V njih so spremembe veliko počasnejše.

Termični procesi, ki se pojavljajo v termodinamičnih sistemih, so lahko reverzibilni ali nepovratni. Da bi razumeli bistvo, smo v našem predstavljanju razdelili zaporedje akcij v določenih intervalih. Če lahko isti postopek opravimo v nasprotni smeri z istimi "vmesnimi postajami", potem lahko rečemo reverzibilno. V nasprotnem primeru ne bo delovalo.