Termodinamiğin Üç Yasasını Keşfedin

Bilimin dalı denir termodinamik transfer edebilen sistemlerle ilgilenir Termal enerji en az bir başka enerji formuna (mekanik, elektrik vb.) veya işe. Termodinamik yasaları yıllar içinde bir termodinamik sistem gittiğinde uyulması gereken en temel kurallardan bazıları olarak geliştirildi bir çeşit enerji değişikliği ile.

Termodinamiğin tarihi, 1650'de dünyanın ilk vakum pompasını yapan ve Magdeburg yarım kürelerini kullanarak bir vakum sergileyen Otto von Guericke ile başlar. Guericke, Aristoteles'in 'doğanın bir boşluktan nefret ettiği' uzun zamandır var olduğu varsayımını çürütmek için bir boşluk yapmaya itildi. Guericke'den kısa bir süre sonra, İngiliz fizikçi ve kimyager Robert Boyle, Guericke'nin tasarımlarını öğrendi ve 1656'da İngiliz bilim adamı Robert Hooke ile koordineli olarak bir hava pompası yaptı. Bu pompayı kullanarak, Boyle ve Hooke basınç, sıcaklık ve hacim arasında bir ilişki olduğunu fark ettiler. Zamanla, basınç ve hacmin ters orantılı olduğunu belirten Boyle Yasası formüle edildi.

termodinamik kanunları belirtmek ve anlamak oldukça kolay olma eğilimindedir... öyle ki sahip oldukları etkiyi hafife almak kolay. Diğer şeylerin yanı sıra, enerjinin evrende nasıl kullanılabileceği konusunda kısıtlamalar koyuyorlar. Bu kavramın ne kadar önemli olduğunu vurgulamak çok zor olurdu. Termodinamik yasalarının sonuçları, bilimsel araştırmanın neredeyse her yönüne bir şekilde değinmektedir.

Termodinamiğin yasalarını anlamak için, bunlarla ilgili diğer bazı termodinamik kavramlarını anlamak önemlidir.

• Termodinamiğe Genel Bakış - termodinamik alanının temel ilkelerine genel bakış
• Isı enerjisi - ısı enerjisinin temel bir tanımı
• Sıcaklık - sıcaklığın temel bir tanımı
• Isı Transferine Giriş - çeşitli ısı transfer yöntemlerinin açıklaması.
• Termodinamik Süreçler - termodinamik yasaları çoğunlukla bir termodinamik sistem bir tür enerjik aktarımdan geçtiğinde termodinamik süreçler için geçerlidir.

Farklı bir enerji biçimi olarak ısı çalışması, yaklaşık 1798'de Sir Benjamin Thompson (aynı zamanda Kont Rumford), İngiliz askeri mühendisi, iş miktarıyla orantılı olarak ısı üretilebileceğini fark etti yapılan... nihayetinde termodinamiğin birinci yasasının bir sonucu olacak temel bir kavram.

Fransız fizikçi Sadi Carnot ilk olarak 1824'te termodinamiğin temel prensibini formüle etti. Carnot'un tanımlamak için kullandığı ilkeler Carnot çevrimi ısı motoru sonuçta Alman fizikçi tarafından termodinamiğin ikinci yasasına dönüşecekti Rudolf Clausius, aynı zamanda termodinamik.

Ondokuzuncu yüzyılda termodinamiğin hızlı bir şekilde gelişmesinin nedenlerinden biri, sanayi devrimi sırasında verimli buhar motorları geliştirme ihtiyacıydı.

Termodinamiğin yasaları özellikle kendilerini nasıl ve neden spesifik olarak ilgilendirmez ısı transferinin yüzdesiatom teorisi tamamen kabul edilmeden önce formüle edilen yasalar için anlamlıdır. Bir sistem içindeki toplam enerji ve ısı geçişlerinin toplamı ile ilgilenirler ve atomik veya moleküler seviyede ısı transferinin spesifik doğasını dikkate almazlar.

Bu sıfırıncı kanun termal dengenin bir tür geçiş özelliğidir. Matematiğin geçiş özelliği, A = B ve B = C ise A = C olduğunu söyler. Aynı şey termal dengedeki termodinamik sistemler için de geçerlidir.

Sıfırıncı yasanın bir sonucu, sıcaklık herhangi bir anlamı var. Sıcaklığı ölçmek için, Termal denge bir bütün olarak termometre, termometre içindeki cıva ile ölçülen madde arasında ulaşılmalıdır. Bu da, maddenin sıcaklığının ne olduğunu doğru bir şekilde anlatabilme ile sonuçlanır.

Bu yasa, termodinamik tarihinin çoğunda açıkça belirtilmeden anlaşılmıştır. ve bunun sadece 20. yüzyılın başlarında kendi başına bir yasa olduğu anlaşıldı. yüzyıl. İngiliz fizikçi Ralph H. İlk olarak "sıfırıncı kanun" terimini yaratan Fowler, diğer yasalardan bile daha temel olduğuna inanıyor.

Bu kulağa karmaşık gelse de, gerçekten çok basit bir fikir. Bir sisteme ısı eklerseniz, yapılabilecek yalnızca iki şey vardır - içsel enerji veya sistemin çalışmasına neden olabilir (veya elbette bu ikisinin bir kombinasyonunu). Tüm ısı enerjisinin bu şeyleri yapması gerekir.

Fizikçiler genellikle termodinamiğin birinci yasasındaki miktarları temsil etmek için tek tip kurallar kullanırlar. Onlar:

• U1 (veya Ui) = işlemin başlangıcındaki başlangıç ​​iç enerjisi
• U2 (veya Uf) = işlemin sonunda nihai iç enerji
• delta-U = U2 - U1 = İç enerjideki değişim (iç enerjilerin başlangıç ​​ve bitiş özelliklerinin alakasız olduğu durumlarda kullanılır)
• S = ısı aktarımı (S > 0) veya (S <0) sistem
• W = iş sistem tarafından gerçekleştirilir (W > 0) veya sistemde (W < 0).

Bu, çok yararlı olduğunu kanıtlayan ve birkaç yararlı yolla yeniden yazılabilen birinci yasanın matematiksel bir temsilini verir:

Bir analizi termodinamik süreçen azından bir fizik dersi durumunda, genellikle bu miktarlardan birinin 0 olduğu veya en azından makul bir şekilde kontrol edilebildiği bir durumun analiz edilmesini içerir. Örneğin, Adyabatik süreç, ısı transferi (S), bir izokorik süreç iş (W) 0'a eşittir.

birinci yasa termodinamiğin birçoğu, enerjinin korunumu kavramının temeli olarak görülür. Temel olarak, bir sisteme giren enerjinin yol boyunca kaybedilemeyeceğini, ancak bir şey yapmak için kullanılması gerektiğini söylüyor... bu durumda ya iç enerjiyi değiştirin ya da iş yapın.

Bu görüşle ele alındığında, termodinamiğin birinci yasası şimdiye kadar keşfedilen en geniş kapsamlı bilimsel kavramlardan biridir.

Termodinamiğin İkinci Yasası: Termodinamiğin ikinci yasası, kısaca ele alınacağı gibi birçok şekilde formüle edilmiştir, ancak temel olarak bir yasadır - fizikteki diğer yasaların aksine - bir şeylerin nasıl yapılacağıyla değil, tamamen ne olabileceğine bir kısıtlama koymakla ilgilenir. yapılır.

Doğanın, üzerinde çok fazla iş yapmadan belirli türden sonuçlar elde etmemizi engellediğini ve bu nedenle de enerjinin korunumu kavramı, termodinamiğin birinci yasası kadar.

Pratik uygulamalarda, bu yasa ısıtma motoru veya termodinamik prensiplerine dayanan benzer bir cihaz, teorik olarak bile% 100 verimli olamaz.

Bu ilke ilk olarak Fransız fizikçi ve mühendis Sadi Carnot tarafından aydınlatıldı. Carnot çevrimi 1824 yılında motor ve daha sonra resmileştirildi termodinamik kanunu olarak Alman fizikçi Rudolf Clausius tarafından.

Termodinamiğin ikinci yasası, belki de fizik alanı dışındaki en popüler yasadır, çünkü entropi veya bir termodinamik süreç sırasında oluşan rahatsızlık. Entropi ile ilgili bir açıklama olarak yeniden formüle edilen ikinci yasa şu şekildedir:

Herhangi bir kapalı sistemde, diğer bir deyişle, bir sistem bir termodinamik işlemden her geçtiğinde, sistem hiçbir zaman daha önce olduğu haliyle tam olarak tam olarak geri dönemez. Bu, zaman oku çünkü evrenin entropisi termodinamiğin ikinci yasasına göre zamanla artacaktır.

Tek nihai sonucu, aynı sıcaklıkta olan bir kaynaktan çıkarılan ısıyı işe dönüştürmek olan döngüsel bir dönüşüm mümkün değildir. - İskoç fizikçi William Thompson (Tek nihai ısıyı belirli bir sıcaklıktaki bir vücuttan daha yüksek bir sıcaklıktaki bir vücuda aktarmak olan döngüsel bir dönüşüm mümkün değildir. - Alman fizikçi Rudolf Clausius

Termodinamiğin İkinci Kanunu'nun yukarıdaki tüm formülasyonları aynı temel prensibin eşdeğer ifadeleridir.

Termodinamiğin üçüncü yasası aslında bir kesin sıcaklık ölçeği tamamen sıfır bir katının iç enerjisinin tam olarak 0 olduğu noktadır.

Çeşitli kaynaklar, termodinamiğin üçüncü yasasının aşağıdaki üç potansiyel formülasyonunu gösterir:

1. Sonlu bir seri işlemde herhangi bir sistemi mutlak sıfıra düşürmek imkansızdır.
2. Bir elementin en kararlı formundaki mükemmel bir kristalinin entropisi, sıcaklık mutlak sıfıra yaklaştıkça sıfıra eğilimlidir.
3. Sıcaklık mutlak sıfıra yaklaştıkça, bir sistemin entropisi bir sabite yaklaşır.

Üçüncü yasa birkaç şey ifade eder ve yine bu formülasyonların tümü, ne kadar dikkate aldığınıza bağlı olarak aynı sonuca neden olur:

Formülasyon 3, yalnızca entropinin bir sabite gittiğini belirten en az kısıtlamaları içerir. Aslında, bu sabit sıfır entropidir (formülasyon 2'de belirtildiği gibi). Bununla birlikte, herhangi bir fiziksel sistemdeki kuantum kısıtlamaları nedeniyle, en düşük kuantum durumuna çökecek, ancak asla mükemmel bir şekilde azaltamayacaktır. entropiye 0, bu nedenle, fiziksel bir sistemi sınırlı sayıda adımda mutlak sıfıra indirmek imkansızdır (bu da bize formülasyon verir) 1).