Vă explicăm ce este termodinamica și în ce constă un sistem termodinamic. De asemenea, care sunt legile termodinamicii.
Ce este termodinamica?
Se numește termodinamică (din greacă termos, „Căldură” și dinamuri, „Putere, putere”) la ramura de fizic care studiază acțiunile mecanice ale căldurii și ale altor forme similare de energie. Studiul său abordează obiectele ca sisteme macroscopice reale, prin intermediul metodă științifică și raționamentul deductiv, acordând atenție variabilelor extinse precum entropie, energia internă sau volum; precum şi variabile neextensive precum temperatura, cel Presiune sau potenţialul chimic, printre alte tipuri de mărimi.
Cu toate acestea, termodinamica nu oferă o interpretare a cantităților pe care le studiază, iar obiectele sale de studiu sunt întotdeauna sisteme în stare de echilibru, adică cei ale căror caracteristici sunt determinabile de elementele interne și nu atât de forțele externe care acționează asupra lor. Din acest motiv, luați în considerare că Energie poate fi schimbat doar de la un sistem la altul ca a căldură sau din loc de munca.
Studiul formal al termodinamicii a început datorită lui Otto von Guericke în 1650, un fizician și jurist german care a proiectat și construit prima pompă de vid, respingând pe Aristotel și maxima sa că „natura detestă vidul” cu aplicațiile sale. În urma acestei invenții, oamenii de știință Robert Boyle și Robert Hooke și-au rafinat sistemele și s-au uitat la corelația dintre presiune, temperatură și volum. Astfel s-au născut principiile termodinamicii.
Sistem termodinamic
Un sistem termodinamic este înțeles ca o parte a universului care, în scopuri de studiu, este izolată conceptual de restul și încearcă să înțeleagă în mod autonom. Luați notă de modurile în care energia se schimbă sau este conservată și, în același timp, de schimburile ei de materie și/sau energie cu mediul înconjurător sau cu alte sisteme similare (dacă există). Este, prin urmare, o metodă de studiu a termodinamicii.
Principalul criteriu de clasificare a acestor sisteme se bazează pe gradul lor de izolare față de mediu, deosebindu-se astfel între:
- Sisteme deschise. Cei care schimbă liber energie și materie cu mediul lor, așa cum fac majoritatea sistemelor cunoscute în viața de zi cu zi. De exemplu: o mașină. Unul îi întinde combustibil și se întoarce în mediu gazele Și căldură.
- Sisteme închise. Cei care fac schimb de energie cu mediul lor, dar nu contează. Acesta este ceea ce se întâmplă cu un recipient închis, cum ar fi o cutie, al cărui conținut este invariabil, dar pierde căldură cuvreme, risipindu-l în aerul din jurul său.
- Sisteme izolate. Cele care, într-o anumită măsură, nu fac schimb de energie sau materie cu mediul înconjurător. Nu există sisteme perfect izolate, desigur, dar există într-o oarecare măsură: un termos care conține Apă fierbinte își va păstra temperatura pentru un timp, suficient pentru a-l menține izolat pentru un timp.
Legile termodinamicii
„Legea zero” se exprimă logic astfel: dacă A = C și B = C, atunci A = B.
Termodinamica este guvernată de ceea ce este stabilit în cele patru principii sau legi fundamentale ale sale, formulate de diverși oameni de știință de-a lungul istoriei acestui disciplina. Aceste principii sau legi sunt:
- Primul principiu, sau Legea conservării energiei. Acesta afirmă că cantitatea totală de energie din orice sistem fizic izolat de mediul său va fi întotdeauna aceeași, deși poate fi transformată dintr-o formă de energie în mai multe forme diferite. Cu mai puține cuvinte: „Energia nu poate fi creată sau distrusă, ci doar transformată”.
- Al treilea principiu sau legea zeroului absolut. Dictează că entropia unui sistem care este adus la zero absolut va fi întotdeauna o constantă definită. Aceasta înseamnă că la atingerea zeroului absolut (-273,15 ° C sau 0 K), procesele sistemelor fizice se opresc și entropia are o valoare minimă constantă.
- Principiul zero sau Legea echilibrului termic. Se numește „lege zero” pentru că, deși a fost ultima care a rulat, preceptele de bază și fundamentale pe care le stabilește au prioritate față de celelalte trei legi. 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”.
Termodinamica chimica
Termodinamica chimică este un domeniu separat de studiu, axat pe corelația dintre căldură și muncă, și reacții chimice, toate încadrate în ceea ce este stabilit de principiile termodinamicii. Adică este vorba despre aplicarea legilor termodinamicii, în special a primelor două, în lumea reacțiilor dintre substanțe și compuși, pentru a obține așa-numitele „ecuații Gibbs fundamentale”, care guvernează modul în care energie chimica conținute în diferiții compuși se modifică și se transmite, sau modul în care gradul de entropie al univers de fiecare dată când apare o reacţie spontană.