- Apakah hukum termodinamik?
- Asal undang-undang termodinamik
- Undang-undang Termodinamik Pertama
- Hukum kedua termodinamik
- Undang-undang ketiga termodinamik
- Hukum sifar termodinamik
Kami menerangkan apakah undang-undang termodinamik, apakah asal usul prinsip ini dan ciri utama setiap satu.
Apakah hukum termodinamik?
Undang-undang termodinamik (atau prinsip termodinamik) menerangkan tingkah laku tiga kuantiti fizik asas, suhu, yang Tenaga dan jugaentropi, yang mencirikan sistem termodinamik. Istilah "termodinamik" berasal dari bahasa Yunani termos, Apakah maksudnya "haba", Y dinamo, Apakah maksudnya "memaksa”.
Secara matematik, prinsip ini diterangkan oleh a ditetapkan persamaan yang menerangkan kelakuan sistem termodinamik, ditakrifkan sebagai sebarang objek kajian (dari a molekul atau a manusia, sehingga suasana atau air mendidih dalam periuk).
Terdapat empat undang-undang termodinamik dan ia adalah penting untuk memahami undang-undang fizik Alam semesta dan kemustahilan fenomena tertentu seperti pergerakan berkekalan.
Asal undang-undang termodinamik
Empat prinsip termodinamik Mereka mempunyai asal usul yang berbeza, dan ada yang dirumuskan daripada yang sebelumnya. Yang pertama ditubuhkan, sebenarnya, adalah yang kedua, karya ahli fizik dan jurutera Perancis Nicolás Léonard Sadi Carnot pada tahun 1824.
Walau bagaimanapun, pada tahun 1860 prinsip ini telah dirumuskan semula oleh Rudolf Clausius dan William Thompson, kemudian menambah apa yang kini kita panggil Undang-undang Termodinamik Pertama. Kemudian yang ketiga muncul, juga dikenali sebagai "postulat Nerst" kerana ia timbul berkat kajian Walther Nernst antara 1906 dan 1912.
Akhirnya, apa yang dipanggil "undang-undang sifar" muncul pada tahun 1930, yang dicadangkan oleh Guggenheim dan Fowler. Harus dikatakan bahawa tidak dalam semua bidang ia diiktiraf sebagai undang-undang yang benar.
Undang-undang Termodinamik Pertama
Undang-undang pertama dipanggil "Undang-undang Pemuliharaan Tenaga" kerana ia menentukan bahawa dalam mana-mana sistem terpencil daripada persekitarannya, jumlah tenaga akan sentiasa sama, walaupun ia boleh diubah daripada satu bentuk tenaga kepada yang berbeza. Atau dengan kata lain: tenaga tidak boleh dicipta atau dimusnahkan, hanya berubah.
Oleh itu, dengan membekalkan kuantiti haba (Q) yang diberikan kepada sistem fizikal, jumlah kuantiti tenaganya boleh dikira sebagai haba yang dibekalkan tolakpekerjaan (W) dilakukan oleh sistem pada persekitarannya. Dinyatakan dalam formula: ΔU = Q - W.
Sebagai contoh undang-undang ini, mari kita bayangkan enjin kapal terbang. Ia adalah sistem termodinamik yang terdiri daripada bahan api yang bertindak balas secara kimia semasa proses pembakaran, membebaskan haba dan berfungsi (yang membuatkan pesawat bergerak). Jadi: jika kita boleh mengukur jumlah kerja yang dilakukan dan haba yang dibebaskan, kita boleh mengira jumlah tenaga sistem dan membuat kesimpulan bahawa tenaga dalam enjin kekal malar semasa penerbangan: tenaga tidak dicipta atau dimusnahkan, sebaliknya ia dibuat perubahan daripada tenaga kimia kepada tenaga kalori YTenaga kinetik (pergerakan, iaitu, kerja).
Hukum kedua termodinamik
Undang-undang kedua, juga dipanggil «Hukum Entropi», boleh diringkaskan dalam kuantiti entropi di alam semesta cenderung meningkat dalam cuaca. Ini bermakna tahap gangguan sistem meningkat sehingga mencapai titik keseimbangan, iaitu keadaan gangguan terbesar sistem.
Undang-undang ini memperkenalkan konsep asas dalam fizik: konsep entropi (diwakili oleh huruf S), yang dalam kes sistem fizikal mewakili tahap gangguan. Ternyata dalam setiap proses fizikal di mana terdapat perubahan tenaga, sejumlah tenaga tidak boleh digunakan, iaitu, ia tidak boleh melakukan kerja. Jika anda tidak boleh melakukan kerja, dalam kebanyakan kes tenaga itu adalah haba. Haba yang dikeluarkan oleh sistem, apa yang dilakukannya ialah meningkatkan gangguan sistem, entropinya. Entropi ialah ukuran gangguan sistem.
Perumusan undang-undang ini menetapkan bahawa perubahan dalam entropi (dS) akan sentiasa sama dengan atau lebih besar daripadapemindahan haba (dQ), dibahagikan dengan suhu (T) sistem. Iaitu, bahawa: dS ≥ dQ / T.
Untuk memahami ini dengan contoh, sudah cukup untuk membakar sejumlah tertentu perkara dan kemudian kumpulkan abu yang terhasil. Apabila ditimbang, kami akan mengesahkan bahawa ia adalah jirim yang kurang daripada keadaan asalnya: sebahagian daripada jirim itu ditukar kepada haba dalam bentuk gas bahawa mereka tidak boleh melakukan kerja pada sistem dan bahawa mereka menyumbang kepada gangguannya.
Undang-undang ketiga termodinamik
Undang-undang ketiga menyatakan bahawa entropi sistem yang dibawa kepada sifar mutlak akan menjadi pemalar pasti. Dalam kata lain:
- Apabila mencapai sifar mutlak (sifar dalam unit Kelvin), proses sistem fizikal berhenti.
- Apabila mencapai sifar mutlak (sifar dalam unit Kelvin), entropi mempunyai nilai minimum yang tetap.
Sukar untuk mencapai apa yang dipanggil sifar mutlak (-273.15 ° C) setiap hari, tetapi kita boleh memikirkan undang-undang ini dengan menganalisis apa yang berlaku dalam peti sejuk beku: makanan yang kita simpan di sana akan menjadi sangat sejuk sehingga proses biokimia di dalamnya akan melambatkan atau berhenti. Itulah sebabnya penguraiannya ditangguhkan dan penggunaan lebih lama lagi.
Hukum sifar termodinamik
"Undang-undang sifar" dikenali dengan nama itu walaupun ia adalah yang terakhir dijalankan. Juga dikenali sebagai Hukum Keseimbangan Terma, prinsip ini menentukan bahawa: “Jika dua sistem berada dalam keseimbangan haba secara bebas dengan sistem ketiga, mereka juga mesti berada dalam keseimbangan terma antara satu sama lain ". Ia boleh dinyatakan secara logik seperti berikut: jika A = C dan B = C, maka A = B.
Undang-undang ini membolehkan kita membandingkan tenaga haba tiga jasad A, B dan C yang berbeza. Jika jasad A berada dalam keseimbangan terma dengan jasad C (mereka mempunyai suhu yang sama) dan B juga mempunyai suhu yang sama dengan C, maka A dan B mempunyai suhu yang sama.
Satu lagi cara untuk menyatakan prinsip ini adalah dengan berhujah bahawa apabila dua jasad dengan suhu yang berbeza bersentuhan, mereka bertukar haba sehingga suhunya menyamai.
Contoh setiap hari undang-undang ini mudah dicari. Apabila kita masuk ke dalam air sejuk atau panas, kita akan melihat perbezaan suhu hanya pada minit pertama kerana badan kita kemudiannya akan memasuki keseimbangan terma denganair dan kita tidak akan perasan lagi perbezaannya. Perkara yang sama berlaku apabila kita memasuki bilik panas atau sejuk: kita akan melihat suhu pada mulanya, tetapi kemudian kita akan berhenti melihat perbezaannya kerana kita akan memasuki keseimbangan terma dengannya.