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 oddelek fizike, ki preučuje procese, ki potekajo v sistemih, in njihove države. O tem, kaj še sodi na seznam stvari, ki jih je preučevala, bomo danes govorili.

Opredelitev

Na spodnji sliki je prikazan primer termograma, dobljenega iz kozarca z vročo vodo.

Termodinamika je znanost, ki temelji na splošnih dejstvih, pridobljenih z izkušnjami. Procesi, 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, temveč se zmanjša 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. Natančne podrobnosti o strukturi določene snovi ne bodo imele bistvenega vpliva na naravo zakonov. Zato je rečeno, da je ta oddelek fizike eden od najbolj uporabnih (ali, pravilneje, uspešno uporaben) v znanosti in tehnologiji.

Uporaba

Našteti primeri so lahko zelo dolgi. 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. Topli sloji snovi segajo do vrha, hladne plasti - gredo dol.

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

Predstavljajo niz določenih postulatov, ki tvorijo osnovo za razumevanje procesov, ki se pojavljajo v makrosistemih. Položaji začetka termodinamike so bili empirično ugotovljeni, ko smo izvedli vrsto eksperimentov in znanstvenih raziskav. Tako obstajajo nekateri dokazi, ki nam omogočajo, da postulate uporabimo brez dvoma o njihovi natančnosti.

Nekateri ljudje se sprašujejo, zakaj so ti zakoni 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 med seboj ni odvisen. To pomeni, da enega od drugega ni mogoče izpeljati.

Uporaba

Uporaba termodinamike, kot je bilo že omenjeno, gre v mnogih smereh. Mimogrede, eno od njenih načel je vzeto kot podlaga, ki se sicer razlaga v obliki zakona o ohranjanju energije. Termodinamične rešitve in postulate so uspešno uvedene v panoge, 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, postopek in faza procesa.

Procesi

Procesi v termodinamiki imajo drugačno stopnjo kompleksnosti. Sedem jih je. Na splošno je treba postopek 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, potem lahko proces imenujemo 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 iti skozi termodinamični sistem, neravnovesne. Pogosto se v takih primerih hitro spremeni sprememba stanja. Toda ravnotežni procesi so blizu kvazistatični. 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 naši predstavitvi razdelili zaporedje akcij v določenih intervalih. Če lahko istega postopka naredimo v nasprotni smeri z istimi "vmesnimi postajami", potem lahko rečemo reverzibilno. V nasprotnem primeru ne bo delovalo.