Zasady termodynamiki - podstawowe pojęcia

Przedmiot termodynamiki

Termodynamika jest dziedziną nauki zajmującą się badaniem zjawisk związanych z przemianami energii termicznej i jej przepływem. Składają się na nią zasady odnoszące się do ciepła i energii, które stanowią podstawę funkcjonowania procesów przemysłowych i życia codziennego.

Pojęcia fizyczne

W termodynamice występują pojęcia takie jak ciepło, energia wewnętrzna, entalpia, temperatura, entropia, praca i wiele innych. Ciepło to szybkość przepływu energii. Energia wewnętrzna to suma dostępnych energii kinetycznych i potencjalnych cząstek składających się na całość układu. Entalpia to iloraz sumy energii ciśnienia i energii objętościowej. Temperatura to miara ruchu molekuł, a entropia to miara nieodwracalności procesów. Praca to przepływ energii z jednego miejsca do drugiego.

Podział termodynamiki

Termodynamikę dzieli się na dwa główne działy: termodynamikę klasyczną i statystyczną. Termodynamika klasyczna zajmuje się badaniem właściwości makroskopowych układów i korzysta z podstawowych praw fizycznych, takich jak pierwsza zasada termodynamiki (zachowanie energii) i druga zasada termodynamiki (entropia). Z kolei termodynamika statystyczna wykorzystuje matematyczne modele do opisu własności mikroskopowych układów.

Pierwsza zasada termodynamiki

Pierwsza zasada termodynamiki, zwana również zasadą zachowania energii, mówi, że energia nie może zostać ani stworzona, ani zniszczona, tylko przekształcona z jednej formy na inną. Innymi słowy, całkowita energia układu zamkniętego pozostaje stała.

Druga zasada termodynamiki

Druga zasada termodynamiki mówi, że w układzie izolowanym czy zamkniętym entropia nie może się zmniejszyć w wyniku procesów naturalnych. Oznacza to, że procesy termodynamiczne zachodzą zawsze w jednym kierunku, od bardziej uporządkowanych stanów do mniej uporządkowanych.

Trzecia zasada termodynamiki

Trzecia zasada termodynamiki mówi, że w teorii absolutnej zera entropia wszystkich czystych substancji krystalicznych wynosi zero. Innymi słowy, nie istnieje możliwość osiągnięcia temperatury bezwzględnej przez stopniowe obniżanie temperatury substancji.

Zastosowania termodynamiki

Termodynamika znajduje zastosowanie w wielu dziedzinach nauki i przemysłu. Jest ona kluczowa w projektowaniu silników, chłodzeń, ogrzewań, czy też w procesach produkcyjnych. Wykorzystywana jest również w badaniach nad zmianami klimatycznymi, jako jedna z podstaw teoretycznych do opisu zjawisk zachodzących w atmosferze.

Podsumowanie

Zasady termodynamiki są fundamentem dla zrozumienia procesów termicznych, a ich znajomość jest niezbędna w wielu dziedzinach nauki i przemysłu. Pierwsza zasada mówi, że energia jest niezniszczalna i przekształca się w różne formy, druga zasada mówi, że entropia układu zamkniętego jest zawsze większa lub równa zeru, a trzecia zasada mówi, że w teorii absolutnej zera wszystkie czyste substancje krystaliczne mają entropię równą zero.