- Hvad er termodynamikkens love?
- Oprindelsen af termodynamikkens love
- Termodynamikkens første lov
- Termodynamikkens anden lov
- Termodynamikkens tredje lov
- Termodynamikkens nullov
Vi forklarer, hvad termodynamikkens love er, hvad er oprindelsen af disse principper og de vigtigste egenskaber ved hver enkelt.
Hvad er termodynamikkens love?
Termodynamikkens love (eller termodynamikkens principper) beskriver opførselen af tre fundamentale fysiske størrelser, temperatur, det Energi ogentropi, som karakteriserer termodynamiske systemer. Udtrykket "termodynamik" kommer fra græsk termokande, Hvad betyder det "varme", Y dynamoer, Hvad betyder det "kraft”.
Matematisk er disse principper beskrevet af en sæt af ligninger, der forklarer opførselen af termodynamiske systemer, defineret som ethvert studieobjekt (fra en molekyle eller a menneske, så længe atmosfære eller kogende vand i en gryde).
Der er fire love for termodynamikken, og de er afgørende for at forstå de fysiske love for univers og umuligheden af visse fænomener som f.eks bevægelse evigt.
Oprindelsen af termodynamikkens love
De fire principper for termodynamik De har forskellig oprindelse, og nogle blev formuleret fra de tidligere. Den første, der blev etableret, var faktisk den anden, den franske fysiker og ingeniør Nicolás Léonard Sadi Carnots arbejde i 1824.
Men i 1860 blev dette princip formuleret igen af Rudolf Clausius og William Thompson og tilføjede derefter det, vi nu kalder Termodynamikkens første lov. Senere dukkede det tredje op, også kendt som "Nerst-postulatet", fordi det opstod takket være studier af Walther Nernst mellem 1906 og 1912.
Endelig dukkede den såkaldte "nullov" op i 1930, foreslået af Guggenheim og Fowler. Det skal siges, at det ikke på alle områder er anerkendt som en sand lov.
Termodynamikkens første lov
Den første lov kaldes "loven om energibevarelse", fordi den dikterer det i enhver system isoleret fra sit miljø vil den samlede mængde energi altid være den samme, selvom den kan omdannes fra én energiform til forskellige. Eller med andre ord: energi kan ikke skabes eller ødelægges, kun transformeres.
Ved at levere en given mængde varme (Q) til et fysisk system, kan dets samlede energimængde beregnes som den tilførte varme minusjob (W) udført af systemet på dets omgivelser. Udtrykt i en formel: ΔU = Q - W.
Som et eksempel på denne lov, lad os forestille os en flymotor. Det er et termodynamisk system, der består af brændstof, der kemisk reagerer under processen af forbrænding, frigiver varme og virker (der får flyet til at bevæge sig). Så: hvis vi kunne måle mængden af udført arbejde og frigivet varme, kunne vi beregne den samlede energi i systemet og konkludere, at energien i motoren forblev konstant under flyvningen: energi blev hverken skabt eller ødelagt, snarere blev den ændret af kemisk energi til kalorie energi YKinetisk energi (bevægelse, altså arbejde).
Termodynamikkens anden lov
Den anden lov, også kaldet «entropiens lov», kan opsummeres i, at mængden af entropi i universet har tendens til at stige i vejr. Det betyder, at graden af uorden i systemerne stiger, indtil man når et ligevægtspunkt, som er tilstanden af den største uorden i systemet.
Denne lov introducerer et grundlæggende begreb i fysik: begrebet entropi (repræsenteret ved bogstavet S), som i tilfælde af fysiske systemer repræsenterer graden af uorden. Det viser sig, at i enhver fysisk proces, hvor der er en transformation af energi, er en vis mængde energi ikke brugbar, det vil sige, den kan ikke udføre arbejde. Hvis du ikke kan arbejde, er den energi i de fleste tilfælde varme. Den varme, som systemet frigiver, hvad det gør, er at øge systemets uorden, dets entropi. Entropi er et mål for uorden i et system.
Formuleringen af denne lov fastslår, at ændringen i entropi (dS) altid vil være lig med eller større endvarmeoverførsel (dQ), divideret med systemets temperatur (T). Det vil sige, at: dS ≥ dQ / T.
For at forstå dette med et eksempel er det nok at brænde en vis mængde af stof og saml derefter den resulterende aske. Når vi vejer dem, vil vi verificere, at det er mindre stof end det, der var i sin oprindelige tilstand: en del af stoffet blev omdannet til varme i form af gasser at de ikke kan arbejde på systemet, og at de bidrager til dets uorden.
Termodynamikkens tredje lov
Den tredje lov siger, at entropien af et system, der bringes til det absolutte nul, vil være en bestemt konstant. Med andre ord:
- Ved at nå det absolutte nul (nul i Kelvin-enheder), stopper processerne i fysiske systemer.
- Ved at nå det absolutte nul (nul i Kelvin-enheder), har entropien en konstant minimumværdi.
Det er svært at nå det såkaldte absolutte nulpunkt (-273,15 ° C) på daglig basis, men vi kan tænke på denne lov ved at analysere, hvad der sker i en fryser: mad at vi deponerer der, bliver så kolde, at de biokemiske processer inde i det vil bremse eller endda stoppe. Det er derfor dens nedbrydning er forsinket og dens forbrug meget længere.
Termodynamikkens nullov
"Nulloven" er kendt under det navn, selvom den var den sidste, der kørte. Også kendt som Lov om termisk ligevægt, dikterer dette princip, at: "Hvis to systemer er inde termisk ligevægt uafhængigt med et tredje system skal de også være i termisk ligevægt med hinanden ”. Det kan logisk udtrykkes som følger: hvis A = C og B = C, så A = B.
Denne lov giver os mulighed for at sammenligne den termiske energi af tre forskellige legemer A, B og C. Hvis krop A er i termisk ligevægt med krop C (de har samme temperatur) og B også har samme temperatur som C, så har A og B har samme temperatur.
En anden måde at udtrykke dette princip på er at argumentere for, at når to legemer med forskellige temperaturer kommer i kontakt, udveksler de varme, indtil deres temperaturer udligner.
Daglige eksempler på denne lov er nemme at finde. Når vi kommer i koldt eller varmt vand, vil vi kun bemærke forskellen i temperatur i løbet af de første minutter, da vores krop derefter vil komme i termisk ligevægt medVand og vi vil ikke længere mærke forskellen. Det samme sker, når vi går ind i et varmt eller koldt rum: vi vil først bemærke temperaturen, men så holder vi op med at opfatte forskellen, fordi vi kommer i termisk ligevægt med den.