- Jaké jsou zákony termodynamiky?
- Vznik zákonů termodynamiky
- První zákon termodynamiky
- Druhý zákon termodynamiky
- Třetí zákon termodynamiky
- Nulový zákon termodynamiky
Vysvětlíme, jaké jsou zákony termodynamiky, jaký je původ těchto principů a hlavní charakteristiky každého z nich.
Jaké jsou zákony termodynamiky?
Zákony termodynamiky (neboli principy termodynamiky) popisují chování tří základních fyzikálních veličin, tzv teplota, Energie aentropie, které charakterizují termodynamické systémy. Termín "termodynamika" pochází z řečtiny termoska, Co to znamená "teplo", Y dynama, Co to znamená "platnost”.
Matematicky tyto principy popisuje a soubor rovnic, které vysvětlují chování termodynamických systémů, definovaných jako jakýkoli předmět studia (od a molekula nebo a lidská bytost, dokud atmosféra nebo vařící vodu v hrnci).
Existují čtyři zákony termodynamiky a jsou klíčové pro pochopení fyzikálních zákonů vesmír a nemožnost určitých jevů, jako je např hnutí věčný.
Vznik zákonů termodynamiky
Čtyři principy termodynamika Mají různý původ a některé byly formulovány z předchozích. První, která byla založena, byla ve skutečnosti druhá, dílo francouzského fyzika a inženýra Nicoláse Léonarda Sadiho Carnota v roce 1824.
Avšak v roce 1860 byl tento princip znovu formulován Rudolfem Clausiem a Williamem Thompsonem a poté přidali to, co dnes nazýváme První termodynamický zákon. Později se objevil třetí, také známý jako „Nerstův postulát“, protože vznikl díky studiím Walthera Nernsta v letech 1906 až 1912.
Nakonec se v roce 1930 objevil takzvaný „nulový zákon“, navržený Guggenheimem a Fowlerem. Je třeba říci, že ne ve všech oblastech je uznáván jako pravý zákon.
První zákon termodynamiky
První zákon se nazývá „Zákon zachování energie“, protože to nařizuje v jakémkoli Systém izolované od svého okolí, celkové množství energie bude vždy stejné, i když může být transformováno z jedné formy energie na různé. Nebo jinak: energii nelze vytvořit ani zničit, pouze přeměnit.
Tedy dodáním daného množství tepla (Q) do fyzického systému lze jeho celkové množství energie vypočítat jako dodané teplo mínuspráce (W) prováděné systémem na jeho okolí. Vyjádřeno vzorcem: ΔU = Q - W.
Jako příklad tohoto zákona si představme motor letadla. Jedná se o termodynamický systém, který se skládá z paliva, které během procesu chemicky reaguje spalování, uvolňuje teplo a vykonává práci (to způsobuje pohyb letadla). Takže: pokud bychom mohli změřit množství vykonané práce a uvolněného tepla, mohli bychom vypočítat celkovou energii systému a dojít k závěru, že energie v motoru zůstala během letu konstantní: energie nebyla vytvořena ani zničena, spíše byla změněna. z chemická energie na kalorická energie YKinetická energie (pohyb, tedy práce).
Druhý zákon termodynamiky
Druhý zákon, nazývaný také «Zákon entropie», lze shrnout do toho, že množství entropie ve vesmíru má tendenci se zvětšovat počasí. To znamená, že míra neuspořádanosti systémů se zvyšuje až do dosažení bodu rovnováhy, což je stav největší neuspořádanosti systému.
Tento zákon zavádí základní pojem ve fyzice: pojem entropie (reprezentovaný písmenem S), který v případě fyzikálních systémů představuje stupeň neuspořádanosti. Ukazuje se, že v každém fyzikálním procesu, při kterém dochází k přeměně energie, je určité množství energie nevyužitelné, to znamená, že nemůže pracovat. Pokud nemůžete pracovat, ve většině případů je tou energií teplo. To teplo, které systém uvolňuje, zvyšuje neuspořádanost systému, jeho entropii. Entropie je mírou neuspořádanosti systému.
Formulace tohoto zákona stanoví, že změna entropie (dS) bude vždy rovna nebo větší nežpřenos tepla (dQ), děleno teplotou (T) systému. To znamená, že: dS ≥ dQ / T.
Abychom to pochopili na příkladu, stačí spálit určité množství hmota a poté shromáždit vzniklý popel. Při jejich zvážení si ověříme, že jde o méně hmoty, než jaká byla v původním stavu: část hmoty se přeměnila na teplo ve formě plyny že nemohou pracovat na systému a že přispívají k jeho nepořádku.
Třetí zákon termodynamiky
Třetí zákon říká, že entropie systému, který je přiveden k absolutní nule, bude určitou konstantou. Jinými slovy:
- Po dosažení absolutní nuly (nula v jednotkách Kelvina) se procesy fyzikálních systémů zastaví.
- Po dosažení absolutní nuly (nula v jednotkách Kelvina) má entropie konstantní minimální hodnotu.
Je obtížné denně dosáhnout takzvané absolutní nuly (-273,15 ° C), ale můžeme se nad tímto zákonem zamyslet, když analyzujeme, co se děje v mrazáku: jídlo které tam uložíme, vychladne natolik, že se biochemické procesy v něm zpomalí nebo dokonce zastaví. Proto se jeho rozklad zpožďuje a jeho spotřeba mnohem déle.
Nulový zákon termodynamiky
„Nulový zákon“ je pod tímto jménem znám, i když byl poslední, který běžel. Také známý jako Zákon tepelné rovnováhy, tento princip diktuje, že: „Pokud jsou dva systémy in tepelná rovnováha nezávisle na třetím systému musí být také navzájem v tepelné rovnováze“. Logicky to lze vyjádřit takto: pokud A = C a B = C, pak A = B.
Tento zákon nám umožňuje porovnat tepelnou energii tří různých těles A, B a C. Pokud je těleso A v tepelné rovnováze s tělesem C (mají stejnou teplotu) a B má také stejnou teplotu jako C, pak A a B mají stejnou teplotu.
Dalším způsobem, jak vyjádřit tento princip, je tvrdit, že když se dvě tělesa s různými teplotami dostanou do kontaktu, vyměňují si teplo, dokud se jejich teploty nevyrovnají.
Každodenní příklady tohoto zákona lze snadno najít. Když se dostaneme do studené nebo horké vody, rozdíl teplot zaznamenáme pouze během prvních minut, protože naše tělo poté vstoupí do tepelné rovnováhy sVoda a rozdíl už nepoznáme. Totéž se stane, když vstoupíme do horké nebo studené místnosti: nejprve si všimneme teploty, ale pak přestaneme vnímat rozdíl, protože s ní vstoupíme do tepelné rovnováhy.