Ce este termodinamica:
Termodinamica este ramura fizicii care studiază relația dintre căldură, forța aplicată (cunoscută și sub numele de muncă) și transferul de energie.
Cuvântul termodinamică provine din rădăcinile grecești θερμο- (termo-) care înseamnă „căldură” și δυναμικός (dynamikós), care la rândul său derivă din δύναμις (dýnamis), care înseamnă „putere” sau „putere”.
Procesele termodinamice sunt determinate de trei legi de bază.
- Prima lege ne permite să înțelegem cum este conservată energia.
- Cea de-a doua lege este folosită pentru a cunoaște condițiile necesare transferului de energie.
- A treia lege servește la cunoașterea comportamentului sistemelor în echilibru.
Înțelegerea proceselor termodinamice este importantă în domenii precum ingineria industrială în care trebuie folosite cantități mari de energie pentru a rula mai multe mașini.
Legile termodinamicii ne permit, de asemenea, să înțelegem funcționarea sistemelor în domenii precum biochimia, cosmologia și genetica.
Legile termodinamicii
Există trei legi în termodinamică care explică modul în care funcționează și se transmit căldura și energia. Le vom explica în detaliu mai jos.
Prima lege a termodinamicii
Prima lege se referă la conservarea energiei: energia nu este nici creată, nici distrusă, ci doar transformată. De exemplu:
- Energia solară este transformată în energie electrică pentru o stație de service.
- Această energie electrică poate fi utilizată pentru a încărca bateria mașinii electrice.
- Mașina electrică este capabilă să transforme energia acumulată în deplasare.
Prin urmare, energia este mereu în mișcare.
Formula simplificată ar fi următoarea:
A doua lege a termodinamicii
A doua lege a termodinamicii permite determinarea a două lucruri:
- Direcția în care are loc transferul de energie.
- Condițiile care sunt necesare pentru ca procesul să fie inversat.
De aici aflăm că există procese reversibile și ireversibile.
De exemplu, sarea de masă se amestecă cu apă spontan printr-un proces numit diluare. Acest proces eliberează căldură.
Pentru a inversa acest proces și a re-forma cristale de sare, trebuie aplicată căldură, care permite apei să se evapore și să o separe de sare. Sistemul absoarbe căldura.
Formula simplificată ar fi următoarea:
A treia lege a termodinamicii
A treia lege a termodinamicii combină cele două legi anterioare și le aplică sistemelor în echilibru absolut. În această stare există un schimb minim de energie și un grad maxim de tulburare (sau entropie).
A treia lege se aplică sistemelor închise. Aceste tipuri de sisteme sunt văzute doar în fizica teoretică și chimie.
Formula simplificată ar fi aceasta:
Tipuri de sisteme în termodinamică
Pentru a înțelege legile termodinamicii, este mai întâi important să cunoaștem tipurile de sisteme care există și comportamentul lor.
Totul din jurul nostru este alcătuit din sisteme și majoritatea sistemelor pe care le cunoaștem fac schimb de energie. Sistemele sunt clasificate în trei tipuri: deschise, închise și izolate.
- Sisteme deschise: schimbă energie și materie cu exteriorul (de exemplu, un foc de foc).
- Sisteme închise: schimbă doar energie cu exteriorul (de exemplu, un telefon mobil).
- Sisteme izolate: Nu fac schimb de materie sau energie (sunt doar teoretice).
În timp ce prima și a doua lege a termodinamicii se aplică sistemelor deschise și închise, a treia lege se aplică sistemelor izolate.
Starea unui sistem
Există două stări fundamentale în care sistemele (indiferent de tipul lor) pot fi găsite.
- Sisteme active: dacă există un schimb de energie, se spune că sistemul este activ.
- Sisteme în repaus sau echilibru: dacă nu există schimb de energie, sistemul este considerat a fi în repaus sau în echilibru.
Căldură și transfer de căldură în termodinamică
Conform fizicii, căldura este fluxul de energie care există atunci când două sisteme de temperaturi diferite intră în contact. Echilibrul termic este atins atunci când toate sistemele implicate ating aceeași temperatură.
În sistemele termodinamice, dacă două dintre ele sunt în echilibru cu un al treilea sistem, atunci sunt și ele în echilibru între ele. Prin urmare, la atingerea echilibrului, temperatura este o constantă.
