Co to jest termodynamika? Jest to dział fizyki zajmujący się badaniem właściwości układów makroskopowych. Jednocześnie przedmiotem badań są również metody przetwarzania energii i metody jej przekazywania. Termodynamika to dział fizyki zajmujący się badaniem procesów zachodzących w układach i ich stanach. Porozmawiamy o tym, co jeszcze znajduje się na liście rzeczy, które studiuje.
Definicja
Na zdjęciu poniżej możesz zobaczyć przykład termogramu uzyskanego podczas badania dzbanka z gorącą wodą.
Termodynamika to nauka, która opiera się na uogólnionych faktach uzyskanych empirycznie. Procesy zachodzące w układach termodynamicznych opisano wielkościami makroskopowymi. Ich lista zawiera parametry, takie jak stężenie, ciśnienie, temperatura i tym podobne. Oczywiste jest, że nie mają one zastosowania do pojedynczych cząsteczek, ale sprowadzają się do opisu układu w jego ogólnej postaci (w przeciwieństwie do wielkości, które są używane na przykład w elektrodynamice).
Termodynamika to dziedzina fizyki, która również ma swoje własne prawa. Podobnie jak reszta, mają charakter ogólny. Konkretne szczegóły strukturykażda inna wybrana przez nas substancja nie będzie miała znaczącego wpływu na charakter praw. Dlatego mówią, że ta gałąź fizyki jest jedną z najbardziej odpowiednich (a raczej z powodzeniem stosowanych) w nauce i technice.
Aplikacja
Lista przykładów może być bardzo długa. Na przykład wiele rozwiązań opartych na prawach termodynamicznych można znaleźć w dziedzinie ciepłownictwa czy elektroenergetyki. Nie trzeba mówić o opisie i zrozumieniu reakcji chemicznych, przemian fazowych, zjawisk przenoszenia. W pewnym sensie termodynamika „współpracuje” z dynamiką kwantową. Sfera ich kontaktu to opis zjawiska czarnych dziur.
Prawa
Powyższy rysunek pokazuje istotę jednego z procesów termodynamicznych - konwekcji. Ciepłe warstwy materii unoszą się, zimne warstwy opadają.
Alternatywna nazwa praw, która, nawiasem mówiąc, jest używana częściej niż nie, jest początkiem termodynamiki. Do tej pory są trzy z nich (plus jedno „zero” lub „ogólne”). Ale zanim zaczniemy mówić o tym, co oznacza każde z tych praw, spróbujmy odpowiedzieć na pytanie, jakie są zasady termodynamiki.
Są zbiorem pewnych postulatów, które stanowią podstawę do zrozumienia procesów zachodzących w makrosystemach. Zapisy zasad termodynamiki zostały ustalone empirycznie w trakcie całego szeregu eksperymentów i badań naukowych. Tak więc istnieją pewne dowodyco pozwala nam przyjąć postulaty bez żadnych wątpliwości co do ich prawdziwości.
Niektórzy zastanawiają się, dlaczego termodynamika potrzebuje tych praw. Cóż, można powiedzieć, że potrzeba ich stosowania wynika z faktu, że w tym dziale fizyki parametry makroskopowe są opisane w sposób ogólny, bez cienia uwzględnienia ich mikroskopowości czy cech tego samego planu. Nie jest to dziedzina termodynamiki, a dokładniej fizyki statystycznej. Kolejną ważną rzeczą jest fakt, że zasady termodynamiki są od siebie niezależne. Oznacza to, że jeden z drugich nie będzie działał.
Aplikacja
Zastosowanie termodynamiki, jak wspomniano wcześniej, idzie w wielu kierunkach. Nawiasem mówiąc, za podstawę przyjmuje się jedną z jego zasad, która jest różnie interpretowana w postaci prawa zachowania energii. Rozwiązania i postulaty termodynamiczne są z powodzeniem wdrażane w takich branżach jak energetyka, biomedycyna, chemia. Tutaj w energii biologicznej szeroko stosuje się prawo zachowania energii oraz prawo prawdopodobieństwa i kierunku procesu termodynamicznego. Wraz z tym używane są tam trzy najczęstsze pojęcia, na których opiera się cała praca i jej opis. Jest to system termodynamiczny, proces i faza procesu.
Procesy
Procesy w termodynamice mają różne stopnie złożoności. Jest ich siedem. Ogólnie rzecz biorąc, proces w tym przypadku należy rozumieć jako nic innego jak zmianę stanu makroskopowego, tjktóry system został podany wcześniej. Należy rozumieć, że różnica między warunkowym stanem początkowym a końcowym wynikiem może być znikoma.
Jeśli różnica jest nieskończenie mała, proces, który miał miejsce, możemy nazwać elementarnym. Jeśli będziemy omawiać procesy, będziemy musieli uciec się do wymienienia dodatkowych terminów. Jednym z nich jest „ciało robocze”. Płyn roboczy to układ, w którym zachodzi jeden lub kilka procesów termicznych.
Procesy są konwencjonalnie podzielone na nierównowagowe i równowagowe. W przypadku tych ostatnich wszystkie stany, przez które musi przejść układ termodynamiczny, są odpowiednio nierównowagowe. Często zmiana stanów następuje w takich przypadkach w szybkim tempie. Ale procesy równowagi są bliskie quasi-statycznym. W nich zmiany są o rząd wielkości wolniejsze.
Procesy termiczne zachodzące w układach termodynamicznych mogą być zarówno odwracalne, jak i nieodwracalne. Aby zrozumieć istotę, podzielmy sekwencję działań na określone przedziały w naszej reprezentacji. Jeśli możemy wykonać ten sam proces w odwrotnej kolejności z tymi samymi „stacjami drogowymi”, to można go nazwać odwracalnym. W przeciwnym razie to nie zadziała.
