Termodinamiğe Genel Bakış ve Temel Kavramlar

Termodinamik fizik alanı arasındaki ilişkiyle ilgilenen sıcaklık ve diğer özellikler (ör. basınç, yoğunluk, sıcaklıkvb.)

Özellikle, termodinamik büyük ölçüde ısı transferi termodinamik bir süreçten geçen fiziksel bir sistemdeki çeşitli enerji değişiklikleri ile ilgilidir. Bu tür işlemler genellikle iş sistem tarafından yapılmakta ve termodinamik kanunları.

Genel olarak, bir malzemenin ısısı, o malzemenin parçacıkları içinde bulunan enerjinin bir temsili olarak anlaşılmaktadır. Bu, gazların kinetik teorisiancak, kavram katı ve sıvılara da farklı derecelerde uygulanır. Bu parçacıkların hareketinden gelen ısı, yakındaki parçacıklara ve dolayısıyla çeşitli araçlarla malzemenin veya diğer malzemelerin diğer kısımlarına transfer edilebilir:

• Termal İletişim iki maddenin birbirinin sıcaklığını etkileyebildiği zamandır.
• Termal denge termal temas halindeki iki maddenin artık ısı aktarmadığı zamandır.
• Termal Genleşme bir madde ısı kazandıkça hacim olarak genişlediğinde meydana gelir. Termal daralma da mevcuttur.
instagram viewer
• iletme ısının ısıtılmış bir katıdan aktığı zamandır.
• Konveksiyon ısıtılan parçacıkların ısıyı kaynar suda pişirmek gibi başka bir maddeye aktardığı zamandır.
• Radyasyon ısının güneş gibi elektromanyetik dalgalardan geçtiği zamandır.
• yalıtım ısı transferini önlemek için düşük iletken bir malzeme kullanıldığı zamandır.

Bir sistem, termodinamik süreç sistemde genellikle basınç, hacim, iç enerji (yani sıcaklık) veya herhangi bir ısı transferindeki değişikliklerle ilişkili bir tür enerjisel değişiklik olduğunda.

Özel özelliklere sahip birkaç spesifik termodinamik süreç türü vardır:

• Adyabatik süreç - sisteme veya sistemden ısı transferi olmayan bir işlem.
• İzokorik süreç - hacim değişikliği olmayan bir süreç; bu durumda sistem çalışmaz.
• İzobarik süreç - basınçta değişiklik olmayan bir işlem.
• İzotermal süreç - sıcaklıkta değişiklik olmayan bir işlem.

Madde durumu, bir maddenin bir arada ortaya koyduğu fiziksel yapının türünün, malzemenin nasıl bir arada tutulduğunu (veya tutmayacağını) tanımlayan özelliklere sahip bir tanımdır. Beş tane var Maddenin halleriancak, yalnızca ilk üçü genellikle madde durumları hakkında düşünme şeklimize dahil edilir:

• gaz
• sıvı
• katı
• plazma
• aşırı sıvı (örneğin Bose-Einstein Kondensatı)

Birçok madde maddenin gaz, sıvı ve katı fazları arasında geçiş yapabilirken, sadece birkaç nadir maddenin aşırı akışkan bir duruma girebildiği bilinmektedir. Plazma yıldırım gibi farklı bir durumdur

• yoğunlaşma - gazdan sıvıya
• dondurma - sıvıdan katıya
• erime - katıdan sıvıya
• yüceltme - katı gaza
• buharlaşma - sıvı veya katı gaza

Isı kapasitesi, C, bir nesnenin ısıdaki değişim oranıdır (enerji değişimi, ΔS, burada Yunan sembolü Delta, Δ, miktardaki bir değişikliği belirtir) sıcaklıktaki değişikliği (ΔT).

C = Δ S / Δ T

Bir maddenin ısı kapasitesi, bir maddenin ısınma kolaylığını gösterir. bir iyi termal iletken olurdu düşük ısı kapasitesiaz miktarda enerjinin büyük bir sıcaklık değişikliğine neden olduğunu gösterir. İyi bir ısı yalıtkanının büyük bir ısı kapasitesi olacaktır, bu da sıcaklık değişimi için çok fazla enerji transferine ihtiyaç olduğunu gösterir.

Çeşitli var ideal gaz denklemleri sıcaklık ile ilgili (T₁), basınç (P₁) ve hacim (V₁). Bir termodinamik değişiklikten sonra bu değerler (T₂), (P₂), ve (V₂). Belirli bir madde miktarı için, n (mol cinsinden ölçülür), aşağıdaki ilişkiler geçerlidir:

Boyle Kanunu ( T sabittir):
P₁V₁ = P₂V₂
Charles / Gay-Lussac Kanunu (P sabittir):
V₁/T₁ = V₂/T₂
İdeal Gaz Kanunu:
P₁V₁/T₁ = P₂V₂/T₂ = nR

R, bu ideal gaz sabiti, R, = 8.3145 J / mol * K. Dolayısıyla, belirli bir miktar madde için, nR İdeal Gaz Yasasını veren sabittir.

• Termodinamiğin Sıfırıncı Yasası - Her biri üçüncü bir sistemle termal dengede olan iki sistem birbirine termal dengededir.
• Termodinamiğin Birinci Kanunu - Bir sistemin enerjisindeki değişiklik, sisteme eklenen enerji miktarı ile iş için harcanan enerjidir.
• Termodinamiğin İkinci Kanunu - Bir işlemin, sonuç olarak, daha soğuk bir gövdeden daha sıcak bir gövdeye ısı transferi yapması mümkün değildir.
• Termodinamiğin Üçüncü Kanunu - Sonlu bir seri işlemde herhangi bir sistemi mutlak sıfıra indirmek mümkün değildir. Bu, mükemmel verimli bir ısı motorunun yaratılamayacağı anlamına gelir.

Termodinamiğin İkinci Yasası hakkında konuşmak için yeniden ifade edilebilir. entropisistemdeki bozukluğun nicel bir ölçümüdür. Isıdaki değişim, mutlak sıcaklık bu entropi değişimi sürecin. Bu şekilde tanımlanan İkinci Kanun şöyle ifade edilebilir:

Herhangi bir kapalı sistemde, sistemin entropisi sabit kalır veya artar.

Tarafından "kapalı sistem" Bu demektir her sistemin entropisi hesaplanırken sürecin bir kısmı dahil edilir.

Bazı açılardan, termodinamiği farklı bir fizik disiplini olarak ele almak yanıltıcıdır. Termodinamik, astrofizikten biyofiziklere kadar fiziğin hemen hemen her alanına değinir, çünkü hepsi bir sistemdeki enerji değişimi ile bir şekilde ilgilenir. Bir sistemin, termodinamiğin kalbi olan sistemde enerji kullanma becerisi olmadan fizikçilerin çalışacağı hiçbir şey olmazdı.

Bununla birlikte, geçerken termodinamiği kullanan bazı alanlar vardır. Termodinamik durumlara yoğunlaşan geniş bir alan yelpazesi varken, içeriyordu. İşte termodinamiğin bazı alt alanları:

• Kriyofizik / Kriyojenik / Düşük Sıcaklık Fiziği - çalışması fiziksel özellikler düşük sıcaklık koşullarında, dünyanın en soğuk bölgelerinde bile görülen sıcaklıkların çok altındadır. Bunun bir örneği, süper sıvıların çalışmasıdır.
• Akışkanlar Dinamiği / Akışkanlar Mekaniği - bu durumda özellikle sıvı ve gaz olarak tanımlanan "sıvıların" fiziksel özelliklerinin incelenmesi.
• Yüksek Basınç Fiziği - fizik çalışması genel olarak akışkan dinamiğiyle ilgili olan aşırı yüksek basınç sistemlerinde.
• Meteoroloji / Hava Fiziği - hava fiziği, atmosferdeki basınç sistemleri, vb.
• Plazma Fiziği - Plazma halindeki maddenin incelenmesi.