• Care sunt legile termodinamicii?
• Originea legilor termodinamicii
• Prima lege a termodinamicii
• A doua lege a termodinamicii
• A treia lege a termodinamicii
• Legea zero a termodinamicii

Vă explicăm care sunt legile termodinamicii, care este originea acestor principii și principalele caracteristici ale fiecăruia.

Legile termodinamicii servesc la înțelegerea legile fizice ale universului.

Care sunt legile termodinamicii?

Legile termodinamicii (sau principiile termodinamicii) descriu comportamentul a trei mărimi fizice fundamentale, temperatura, cel Energie sientropie, care caracterizează sistemele termodinamice. Termenul „termodinamică” provine din greacă termos, Ce înseamnă "căldură", Y dinamuri, Ce înseamnă "forta”.

Din punct de vedere matematic, aceste principii sunt descrise de a a stabilit de ecuații care explică comportamentul sistemelor termodinamice, definite ca orice obiect de studiu (de la a moleculă sau a ființă umană, pana cand atmosfera sau apă clocotită într-o cratiță).

Există patru legi ale termodinamicii și ele sunt cruciale pentru înțelegerea legilor fizice ale univers și imposibilitatea anumitor fenomene precum cel circulaţie perpetuu.

Originea legilor termodinamicii

Cele patru principii ale termodinamica Au origini diferite, iar unele au fost formulate față de cele anterioare. Primul care a fost stabilit, de fapt, a fost al doilea, opera fizicianului și inginerului francez Nicolás Léonard Sadi Carnot în 1824.

Cu toate acestea, în 1860, acest principiu a fost formulat din nou de Rudolf Clausius și William Thompson, adăugând apoi ceea ce numim acum Prima lege a termodinamicii. Mai târziu a apărut cel de-al treilea, cunoscut și sub denumirea de „postulatul Nerst”, deoarece a apărut datorită studiilor lui Walther Nernst între 1906 și 1912.

În cele din urmă, așa-numita „lege zero” a apărut în 1930, propusă de Guggenheim și Fowler. Trebuie spus că nu în toate domeniile este recunoscută ca o lege adevărată.

Prima lege a termodinamicii

Energia nu poate fi creată sau distrusă, ci doar transformată.

Prima lege se numește „Legea conservării energiei”, deoarece dictează asta în orice sistem izolat de mediul său, cantitatea totală de energie va fi întotdeauna aceeași, chiar dacă poate fi transformată dintr-o formă de energie în altele diferite. Sau cu alte cuvinte: energia nu poate fi creată sau distrusă, ci doar transformată.

Astfel, prin furnizarea unei cantități date de căldură (Q) unui sistem fizic, cantitatea sa totală de energie poate fi calculată ca căldură furnizată minusloc de munca (W) efectuată de sistem asupra mediului înconjurător. Exprimat într-o formulă: ΔU = Q - W.

Ca exemplu al acestei legi, să ne imaginăm un motor de avion. Este un sistem termodinamic care constă dintr-un combustibil care reacționează chimic în timpul procesului de combustie, eliberează căldură și lucrează (care face ca avionul să se miște). Deci: dacă am putea măsura cantitatea de muncă efectuată și căldura degajată, am putea calcula energia totală a sistemului și am putea concluziona că energia din motor a rămas constantă în timpul zborului: energia nu a fost nici creată, nici distrusă, ci mai degrabă a fost schimbată. de energie chimica la energie calorică YEnergie kinetică (mișcarea, adică munca).

A doua lege a termodinamicii

Având suficient timp, toate sistemele vor tinde în cele din urmă să se dezechilibreze.

A doua lege, numită și „Legea Entropiei”, poate fi rezumată prin aceea că cantitatea de entropie în univers tinde să crească în vreme. Aceasta înseamnă că gradul de dezordine a sistemelor crește până la atingerea unui punct de echilibru, care este starea de cea mai mare dezordine a sistemului.

Această lege introduce un concept fundamental în fizică: conceptul de entropie (reprezentat prin litera S), care în cazul sistemelor fizice reprezintă gradul de dezordine. Se pare că în fiecare proces fizic în care are loc o transformare a energiei, o anumită cantitate de energie nu este utilizabilă, adică nu poate lucra. Dacă nu poți lucra, în majoritatea cazurilor acea energie este căldură. Căldura pe care o eliberează sistemul, ceea ce face este să mărească dezordinea sistemului, entropia acestuia. Entropia este o măsură a dezordinei unui sistem.

Formularea acestei legi stabilește că modificarea entropiei (dS) va fi întotdeauna egală sau mai mare decâttransfer de căldură (dQ), împărțit la temperatura (T) a sistemului. Adică: dS ≥ dQ / T.

Pentru a înțelege acest lucru cu un exemplu, este suficient să ardeți o anumită cantitate de materie și apoi colectați cenușa rezultată. Când le-am cântărit, vom verifica că este mai puțină materie decât ceea ce era în starea inițială: o parte din materie a fost transformată în căldură sub formă de gazele că nu pot lucra asupra sistemului și că contribuie la dezordinea acestuia.

A treia lege a termodinamicii

La atingerea zeroului absolut, procesele sistemelor fizice se opresc.

A treia lege afirmă că entropia unui sistem care este adus la zero absolut va fi o constantă definită. Cu alte cuvinte:

• La atingerea zeroului absolut (zero în unități Kelvin), procesele sistemelor fizice se opresc.
• La atingerea zero absolut (zero în unități Kelvin), entropia are o valoare minimă constantă.

Este dificil să ajungem la așa-numitul zero absolut (-273,15 ° C) zilnic, dar ne putem gândi la această lege analizând ce se întâmplă într-un congelator: alimente pe care îl depunem acolo se va răci atât de mult încât procesele biochimice din interiorul acestuia se vor încetini sau chiar se vor opri. De aceea descompunerea lui este întârziată și ea consum pentru mult mai mult timp.

Legea zero a termodinamicii

„Legea zero” se exprimă logic astfel: dacă A = C și B = C, atunci A = B.

„Legea zero” este cunoscută sub acest nume, deși a fost ultima care a rulat. De asemenea cunoscut ca si Legea echilibrului termic, acest principiu dictează că: „Dacă două sisteme sunt în echilibru termic independent de un al treilea sistem, trebuie să fie, de asemenea, în echilibru termic unul cu celălalt”. Poate fi exprimat logic după cum urmează: dacă A = C și B = C, atunci A = B.

Această lege ne permite să comparăm energia termică a trei corpuri diferite A, B și C. Dacă corpul A este în echilibru termic cu corpul C (au aceeași temperatură) și B are, de asemenea, aceeași temperatură ca C, atunci A și B au aceeași temperatură.

Un alt mod de a afirma acest principiu este de a argumenta că atunci când două corpuri cu temperaturi diferite intră în contact, ele schimbă căldură până când temperaturile lor se egalizează.

Exemplele zilnice ale acestei legi sunt ușor de găsit. Când intrăm în apă rece sau fierbinte, vom observa diferența de temperatură doar în primele minute, deoarece corpul nostru va intra apoi în echilibru termic cuApă si nu vom mai observa diferenta. La fel se întâmplă și când intrăm într-o cameră caldă sau rece: vom observa temperatura la început, dar apoi nu vom mai percepe diferența pentru că vom intra în echilibru termic cu ea.