Закони термодинамике и њихов опис

20. 3. 2019.

Закони термодинамике се такође називају његовим почетцима. Заправо, почетак термодинамике није ништа више него комбинација оних или других постулата који су у основи релевантне секције молекуларне физике. Ове одредбе су установљене током научног истраживања. Истовремено, они су експериментално доказани. Зашто су закони термодинамике узети за постулате? Ствар је у томе да се на тај начин термодинамика може изградити аксиоматски.

основни закони термодинамике

Основни закони термодинамике

Мало о структурирању. Закони термодинамике су подељени у четири групе, од којих свака има специфично значење. Дакле, шта нам могу рећи почетци термодинамике?

Прво и друго

закони термодинамике

Први почетак говори како се пријавити закон о очувању енергије у односу на један или други термодинамички систем. Други почетак указује на нека ограничења која се односе на правце термодинамичких процеса. Конкретније, забрањују спонтани пренос топлоте из мање загрејаног тела. Хаве у други закон термодинамике и алтернативни назив: закон повећања ентропије.

нулти закон термодинамике

Треће и четврто

Трећи закон описује понашање ентропије близу апсолутне температуре нуле. Постоји још један почетак, последњи. То се назива "нулти закон термодинамике". Његово значење лежи у чињеници да ће било који затворени систем доћи у стање термодинамичке равнотеже и неће моћи да се из њега извуче независно. Штавише, његово почетно стање може бити било шта.

Зашто нам је потребан почетак термодинамике?

Проучавани су закони термодинамике како би се описали макроскопски параметри различитих система. Истовремено, не износе се конкретни предлози који су повезани са микроскопским уређајем. Ово питање се проучава одвојено, али од друге гране науке - статистичке физике. Закони термодинамике су независни једни од других. Шта то може да значи? Мора се схватити на такав начин да се почетак термодинамике не може извести из другог.

Први закон термодинамике

основни закони термодинамике

Као што је познато, термодинамички систем карактерише неколико параметара, међу којима је и унутрашња енергија (означена словом У). Ово последње је формирано од кинетичке енергије коју имају све честице. То може бити енергија транслаторне, као и вибрационе и ротационо кретање. У овом тренутку, подсећамо да енергија може бити не само кинетичка, већ и потенцијална. Дакле, у случају идеалних гасова потенцијалне енергије занемарена. Зато ће унутрашња енергија У бити састављена искључиво од кинетичка енергија покретима молекула и зависе од температуре.

закони термодинамике

Та количина, унутрашња енергија, другим речима, назива се функција стања, јер је одређена стањем термодинамичког система. У нашем случају, то је одређено температуром гаса. Треба напоменути да унутрашња енергија не зависи од тога шта је прелазак у државу. Претпоставимо да термодинамички систем изводи кружни процес (циклус, како га називају у молекуларној физици). Другим речима, систем, пошто је напустио почетно стање, пролази кроз одређене процесе, али се као резултат враћа у примарно стање. Тада није тешко претпоставити да ће промена унутрашње енергије бити једнака 0.

Како се мијења унутарња енергија?

Постоје два начина за промену унутрашње енергије идеалног гаса. Прва опција је да обавите посао. Други је да информишемо систем о једној или другој количини топлоте. Логично је да друга метода укључује не само поруку топлине, већ и њено уклањање.

Формулација првог закона термодинамике

Може их бити неколико (формулације), јер сви воле да говоре другачије. У суштини, суштина остаје иста. Све се своди на чињеницу да се количина топлоте која се доводи до термодинамичког система троши на извођење механичког рада идеалним гасом и промену унутрашње енергије. Ако говоримо о формули или математичком запису о првом закону термодинамике, онда изгледа овако: дК = дУ + дА.

- Све вриједности које су дио формуле могу имати различите знакове. Ништа их не спречава да буду негативни. Претпоставимо да се количина топлоте К испоручује систему, а затим ће се гас загрејати. Температура се повећава, што значи да се повећава и унутрашња енергија гаса. То јест, и К и У ће имати позитивне вредности. Али ако се повећава унутрашња енергија гаса, она почиње да се понаша активније, проширује се. Стога ће и рад бити позитиван. Можемо рећи да се посао обавља самим системом, гасом.

- Ако се из система узме одређена количина топлоте, унутрашња енергија се смањује и гас се компримира. У овом случају, већ можемо рећи да се рад обавља на систему, а не на себи. Претпоставимо поново да неки термодинамички систем изводи циклус. У овом случају (као што је раније речено) промена унутрашње енергије ће бити 0. Дакле, рад обављен преко или преко гаса ће бити нумерички једнак топлини која је испоручена или додељена систему.

- Математички запис овог ефекта назива се још једном формулацијом првог закона термодинамике. То је отприлике како слиједи: "У природи, постојање мотора прве врсте је немогуће, то јест, мотор који би обавио рад који премашује топлину добивену извана."

Други закон термодинамике

Није тешко претпоставити да је термодинамичка равнотежа карактеристична за систем у којем макроскопске величине остају непромијењене у времену. То је, наравно, притисак, запремина и температура гаса. Њихова непроменљивост може бити изграђена на неколико услова: одсуство топлотне проводљивости, хемијске реакције, дифузија и други процеси. Ако је, под утицајем спољашњих фактора, систем изведен из термодинамичке равнотеже, он ће се вратити у то време. Али ако су ови фактори одсутни. И то ће се десити спонтано.

нулти закон термодинамике

Ићи ћемо мало другачије од онога што многи уџбеници препоручују. За почетак, погледајмо други закон термодинамике, и онда ћемо видети које су то вредности које улазе у њега и шта они значе. Дакле, у затвореном систему, у присуству било којих процеса који се у њему одвијају, ентропија се не смањује. Други закон термодинамике је забележен на следећи начин: дС> (=) 0. Овде ће знак> бити повезан са иреверзибилним процесом, а знак = ће бити повезан са реверзибилним.

Шта се у термодинамици зове реверзибилним процесом? Ово је процес у којем се систем враћа (након низа неких процеса) у првобитно стање. Штавише, у овом случају не постоје никакве промене у систему или у окружењу. Другим речима, реверзибилни процес је процес за који је могуће вратити се у почетно стање преко међудржавних стања идентичних директном процесу. У молекуларној физици, такви процеси су веома мали. На пример, преношење топлоте из топлијег тела на мање загрејано биће неповратно. Слично томе, у случају дифузије две супстанце, као и расподеле гаса на целу запремину.

Ентропи

Ентропија која се јавља у другом закону термодинамике једнака је промени количине топлоте подељене на температуру. Формула: дС = дК / Т. Има одређена својства.