Mitä on termodynamiikka? Tämä on fysiikan haara, joka käsittelee makroskooppisten järjestelmien ominaisuuksien tutkimusta. Samanaikaisesti tutkimuksen piiriin kuuluvat myös menetelmät energian muuntamiseksi ja sen siirtämiseksi. Termodynamiikka on fysiikan haara, joka tutkii järjestelmissä tapahtuvia prosesseja ja niiden tiloja. Puhumme siitä, mitä muuta hänen opiskelijoiden listalla on.
Määritelmä
Alla olevassa kuvassa näet esimerkin lämpömittarista, joka on saatu tutkittaessa kuumavesikannua.
Termodynamiikka on tiedettä, joka perustuu empiirisesti saatuihin yleistettyihin faktoihin. Termodynaamisissa järjestelmissä tapahtuvia prosesseja kuvataan makroskooppisilla suureilla. Niiden luettelo sisältää parametrit, kuten pitoisuus, paine, lämpötila ja vastaavat. On selvää, että niitä ei voida soveltaa yksittäisiin molekyyleihin, vaan ne rajoittuvat järjestelmän kuvaukseen sen yleisessä muodossa (toisin kuin ne suureet, joita käytetään esimerkiksi sähködynamiikassa).
Termodynamiikka on fysiikan ala, jolla on myös omat lakinsa. Ne, kuten muutkin, ovat yleisluonteisia. Tarkkoja yksityiskohtia amillään muulla valitsemamme aineella ei ole merkittävää vaikutusta lakien luonteeseen. Siksi he sanovat, että tämä fysiikan haara on yksi soveltuvimmista (tai pikemminkin menestyksekkäimmistä) tieteessä ja tekniikassa.
Hakemus
Esimerkkiluettelo voi olla hyvin pitkä. Esimerkiksi lämpötekniikan tai sähköteollisuuden al alta löytyy monia termodynaamisiin lakeihin perustuvia ratkaisuja. Tarpeetonta sanoa kemiallisten reaktioiden, faasimuutosten, siirtoilmiöiden kuvauksesta ja ymmärtämisestä. Tavallaan termodynamiikka "yhteistyössä" kvanttidynamiikan kanssa. Heidän kontaktinsa alue on kuvaus mustien aukkojen ilmiöstä.
Lait
Yllä oleva kuva osoittaa yhden termodynaamisen prosessin - konvektion - olemuksen. Lämpimät ainekerrokset nousevat ylös, kylmät kerrokset putoavat alas.
Vaihtoehtoinen nimi laeille, jota muuten käytetään useammin kuin ei, on termodynamiikan alku. Tähän mennessä niitä on kolme (plus yksi "nolla" tai "yleinen"). Mutta ennen kuin puhumme siitä, mitä kukin laki merkitsee, yritetään vastata kysymykseen, mitkä ovat termodynamiikan periaatteet.
Ne ovat joukko tiettyjä oletuksia, jotka muodostavat perustan makrojärjestelmissä tapahtuvien prosessien ymmärtämiselle. Termodynamiikan periaatteiden säännökset vahvistettiin empiirisesti kokonaisena sarjana kokeita ja tieteellistä tutkimusta. Siten on olemassa joitain todisteitaantaa meille mahdollisuuden hyväksyä postulaatit ilman epäilystäkään niiden tarkkuudesta.
Jotkut ihmiset ihmettelevät, miksi termodynamiikka tarvitsee juuri näitä lakeja. No, voimme sanoa, että tarve käyttää niitä johtuu siitä, että tässä fysiikan osiossa makroskooppiset parametrit on kuvattu yleisellä tavalla, ilman minkäänlaista vihjettä niiden mikroskooppisen luonteen tai saman suunnitelman piirteiden huomioon ottamisesta. Tämä ei ole termodynamiikan ala, vaan tilastollisen fysiikan ala, tarkemmin sanottuna. Toinen tärkeä asia on se, että termodynamiikan periaatteet ovat toisistaan riippumattomia. Eli toinen toisista ei toimi.
Hakemus
Termodynamiikan soveltaminen, kuten aiemmin mainittiin, kulkee moniin suuntiin. Muuten, yksi sen periaatteista otetaan perustaksi, jota tulkitaan eri tavalla energian säilymislain muodossa. Termodynaamisia ratkaisuja ja postulaatteja otetaan menestyksekkäästi käyttöön sellaisilla aloilla kuin energiateollisuus, biolääketiede ja kemia. Täällä biologisessa energiassa käytetään laajasti energian säilymisen lakia sekä termodynaamisen prosessin todennäköisyys- ja suuntalakia. Tämän lisäksi siellä käytetään kolmea yleisintä käsitettä, joihin koko teos ja sen kuvaus perustuu. Tämä on termodynaaminen järjestelmä, prosessi ja prosessivaihe.
Prosessit
Termodynamiikan prosesseilla on vaihtelevaa monimutkaisuutta. Niitä on seitsemän. Yleensä tässä tapauksessa prosessi ei tulisi ymmärtää muuksi kuin muutokseksi makroskooppisessa tilassajoka järjestelmälle annettiin aiemmin. On ymmärrettävä, että ero ehdollisen alkutilan ja lopputuloksen välillä voi olla mitätön.
Jos ero on äärettömän pieni, voimme kutsua tapahtunutta prosessia alkeelliseksi. Jos keskustelemme prosesseista, meidän on turvauduttava lisäehtojen mainitsemiseen. Yksi niistä on "työskentelyelin". Käyttöneste on järjestelmä, jossa tapahtuu yksi tai useampi lämpöprosessi.
Prosessit jaetaan tavanomaisesti epätasapainoisiin ja tasapainoisiin. Jälkimmäisen tapauksessa kaikki tilat, joiden läpi termodynaamisen järjestelmän täytyy kulkea, ovat vastaavasti epätasapainoisia. Usein tilojen muutos tapahtuu tällaisissa tapauksissa nopeaa tahtia. Mutta tasapainoprosessit ovat lähellä kvasistaattisia. Niissä muutokset ovat suuruusluokkaa hitaampia.
Termodynaamisissa järjestelmissä tapahtuvat lämpöprosessit voivat olla sekä palautuvia että peruuttamattomia. Ymmärtääksemme olemuksen jakakaamme toimintojen sarja esityksessämme tiettyihin aikaväleihin. Jos voimme tehdä saman prosessin käänteisesti samoilla "väliasemilla", sitä voidaan kutsua käänteiseksi. Muuten se ei toimi.
