Pojasnimo, kaj je termodinamika in iz česa je sestavljen termodinamični sistem. Prav tako, kakšni so zakoni termodinamike.
Kaj je termodinamika?
Imenuje se termodinamika (iz grščine termos, "Heat" in dinamo, "Moč, moč") v vejo fizično ki preučuje mehansko delovanje toplote in drugih podobnih oblik energije. Njegova študija obravnava predmete kot resnične makroskopske sisteme, skozi znanstvena metoda in deduktivno sklepanje, pri čemer je pozoren na obsežne spremenljivke, kot npr entropija, notranja energija oz glasnost; kot tudi neobširne spremenljivke kot npr temperaturo, Pritisk ali kemični potencial, med drugimi vrstami velikosti.
Vendar termodinamika ne ponuja razlage količin, ki jih preučuje, in njeni predmeti preučevanja so vedno sistemi v ravnotežnem stanju, torej tistih, katerih značilnosti so določljive z notranjimi elementi in ne toliko z zunanjimi silami, ki nanje delujejo. Iz tega razloga upoštevajte, da Energija se lahko izmenjuje samo iz enega sistema v drugega kot a toplote ali od delo.
Formalni študij termodinamike se je začel po zaslugi Otta von Guerickeja leta 1650, nemškega fizika in pravnika, ki je zasnoval in zgradil prvo vakuumsko črpalko, s čimer je s svojimi aplikacijami ovrgel Aristotela in njegovo izrek, da se "narava gnusi vakuuma". Po tem izumu sta znanstvenika Robert Boyle in Robert Hooke izpopolnili so svoje sisteme in pogledali korelacijo med tlakom, temperaturo in prostornino. Tako so se rodila načela termodinamike.
Termodinamični sistem
Termodinamični sistem razumemo kot del vesolja, ki je za študijske namene konceptualno izoliran od ostalih in ga poskuša razumeti avtonomno. Bodite pozorni na načine, na katere se energija spreminja ali ohranja, in hkrati na njene izmenjave zadeva in/ali energije z okoljem ali z drugimi podobnimi sistemi (če obstajajo). Gre torej za metodo preučevanja termodinamike.
Glavno merilo za razvrščanje teh sistemov temelji na njihovi stopnji izolacije od okolja, s čimer se razlikujejo:
- Odprti sistemi. Tisti, ki prosto izmenjujejo energijo in snov s svojim okoljem, kot to počne večina znanih sistemov v vsakdanjem življenju. Na primer: avto. Ena ga roka gorivo in se vrne v okolje plini In toploto.
- Zaprti sistemi. Tisti, ki z okoljem izmenjujejo energijo, ne pa materijo. To se zgodi z zaprto posodo, kot je pločevinka, katere vsebina je nespremenljiva, vendar izgubi toploto zvreme, ki ga razprši v zrak okoli sebe.
- Izolirani sistemi. Tisti, ki v določeni meri ne izmenjujejo energije ali snovi z okoljem. Seveda ni popolnoma izoliranih sistemov, vendar do neke mere obstajajo: termos, ki vsebuje Voda vroče bo nekaj časa ohranilo svojo temperaturo, dovolj, da bo nekaj časa izolirano.
Zakoni termodinamike
"Ničelni zakon" je logično izražen takole: če je A = C in B = C, potem je A = B.
Termodinamiko ureja tisto, kar je uveljavljeno v njenih štirih temeljnih principih ali zakonih, ki so jih oblikovali različni znanstveniki skozi zgodovino tega disciplina. Omenjena načela ali zakoni so:
- Prvo načelo, oz Zakon o ohranjanju energije. Navaja, da bo celotna količina energije v katerem koli fizičnem sistemu, izoliranem iz njegovega okolja, vedno enaka, čeprav se lahko preoblikuje iz ene oblike energije v več različnih. Z manj besedami: "Energije ni mogoče ustvariti ali uničiti, le preoblikovati."
- Tretje načelo ali zakon absolutne ničle. Narekuje, da bo entropija sistema, ki je postavljen na absolutno nič, vedno določena konstanta. To pomeni, da se ob doseganju absolutne ničle (-273,15 °C ali 0 K) procesi fizičnih sistemov ustavijo in ima entropija konstantno minimalno vrednost.
- Načelo nič ali zakon toplotnega ravnovesja. Imenuje se "ničelni zakon", ker, čeprav je bil zadnji, imajo osnovna in temeljna pravila, ki jih postavlja, prednost pred ostalimi tremi zakoni. Narekuje, da "če sta vgrajena dva sistema toplotno ravnovesje neodvisno s tretjim sistemom, morajo biti tudi med seboj v toplotnem ravnovesju.
Kemijska termodinamika
Kemična termodinamika je ločeno študijsko področje, ki se osredotoča na korelacijo med toploto in delom ter kemične reakcije, vse uokvirjeno v to, kar vzpostavljajo načela termodinamike. Se pravi, gre za uporabo zakonov termodinamike, predvsem prvih dveh, v svet reakcij med snovmi in spojine, da bi dobili tako imenovane "temeljne Gibbsove enačbe", ki urejajo način, kako kemična energija vsebovana v različnih spojinah se spreminja in prenaša, oziroma kako stopnja entropije vesolje vsakič, ko pride do spontane reakcije.