Η θερμοδυναμική είναι ένας κλάδος της φυσικής μέσα στον οποίοη αμοιβαία μετατροπή της θερμότητας σε κίνηση και το αντίστροφο μελετάται. Δεδομένου ότι πρόκειται για αρκετά εκτεταμένο τμήμα, αυτό το τμήμα της εφαρμοσμένης φυσικής χωρίζεται σε διάφορες υποενότητες, οι οποίες περιλαμβάνουν:
- Οι βασικοί νόμοι της θερμοδυναμικής.
- Μεταβατικές φάσεις και θερμοδυναμικές διεργασίες.
- Θερμοδυναμικοί κύκλοι κ.λπ.
Στην πραγματικότητα, οι νόμοι της θερμοδυναμικής δεν είναι μόνο το υποτμήμα της, αλλά και τα αξιώματα, η βάση που διέπει το μελετημένο τμήμα της φυσικής. Συνολικά, διακρίνονται τρεις θερμοδυναμικές αρχές.
Εξετάστε τα με περισσότερες λεπτομέρειες.
1. Ο πρώτος νόμος ή η αρχή της θερμοδυναμικής.Πρώτον, να θυμάστε ότι η ενέργεια μετακινείται συνεχώς από τον έναν τύπο στον άλλο. Μετασχηματίζοντας, ανάλογα με τις συνθήκες, από κινητική σε δυναμικό και αντίστροφα, η ενέργεια δεν εγκαταλείπει το σύστημα. Ωστόσο, ένα απλό παράδειγμα ενός εκκρεμούς, το οποίο δόθηκε επιτάχυνση, θέτει υπό αμφισβήτηση αυτή τη θεωρία. Κινούμενος, το εκκρεμές έχει κινητική ενέργεια, στα ακραία σημεία του δυναμικού εύρους. Θεωρητικά, μια τέτοια κίνηση δεν πρέπει να έχει άκρο και άκρη, δηλαδή να είναι άπειρη. Στην πράξη, βλέπουμε ότι οι κινήσεις καταρρέουν σταδιακά, το εκκρεμές σταματά την πορεία του. Αυτό συμβαίνει λόγω της αντίστασης του αέρα, που καθορίζει τη δύναμη τριβής κατά τη διάρκεια της κίνησης. Ως αποτέλεσμα, η ενέργεια που θα έπρεπε να έχει δώσει την επιτάχυνση του εκκρεμούς δαπανάται για την υπέρβαση του αεροπορικού εμποδίου. Ως αποτέλεσμα, παράγεται θερμότητα. Σύμφωνα με τα πειράματα των επιστημόνων, η θερμοκρασία του εναιωρήματος και του περιβάλλοντος αυξάνεται λόγω της χαοτικής κίνησης των μορίων της ύλης του εκκρεμούς και του αέρα.
Στην πραγματικότητα, ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής είναι γνωστός ως Ο νόμος της διατήρησης της ενέργειας. Η ουσία του είναι ότι η ενέργεια στο σύστημα δεν εξαφανίζεται, αλλά μετασχηματίζεται από τη μια μορφή στην άλλη και περνάει από τη μία μορφή στην άλλη.
Για πρώτη φορά περιγράφηκε μια τέτοια παρατήρησηστα μέσα του δέκατου ένατου αιώνα. Κ. Morom. Σημείωσε ότι η ενέργεια μπορεί να μεταφερθεί σε άλλα κράτη: θερμότητα, ηλεκτρισμό, κίνηση, μαγνητισμό κλπ. Ωστόσο, ο νόμος διατυπώθηκε μόνο το 1847 από τον Helmholtz και τον 20ό αιώνα. Του απονεμήθηκε ο γνωστός τύπος E = mc2, ο οποίος περιέλαβε επίσης τα συμπεράσματα του Α. Αϊνστάιν.
2. Ο δεύτερος νόμος ή η αρχή της θερμοδυναμικής.Δημιουργήθηκε το 1850 από τον επιστήμονα R. Clausius, συνίσταται στην ακόλουθη παρατήρηση: η εσωτερική κατανομή ενέργειας σε ένα κλειστό σύστημα αλλάζει τυχαία με τέτοιο τρόπο ώστε η χρήσιμη ενέργεια να μειώνεται, με αποτέλεσμα την αύξηση της εντροπίας.
3. Ο τρίτος νόμος ή η αρχή της θερμοδυναμικής.Έχοντας κατά νου την ιδέα ότι η θερμότητα είναι η χαοτική και χαοτική κίνηση των μορίων, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι η ψύξη του συστήματος συνεπάγεται μείωση της κινητικής τους δραστηριότητας. Η εντροπία είναι μηδενική στην περίπτωση που οποιαδήποτε χαοτική κίνηση των μορίων διακόπτεται τελείως.
Η απόλυτη τιμή της εντροπίας μιας ουσίας μπορεί να είναιυπολογίζοντας, γνωρίζοντας τη θερμική του ικανότητα στο απόλυτο μηδέν. W. Nernst, μέσω μεγάλων και πολυάριθμων μελετών, διαπιστώθηκε ότι όλες οι κρυσταλλικές ουσίες έχουν την ίδια θερμική ικανότητα: στο απόλυτο μηδέν και είναι μηδέν. Αυτό το συμπέρασμα είναι ο τρίτος νόμος της θερμοδυναμικής. Γνωρίζοντας αυτό το γεγονός, μπορούμε να συγκρίνουμε την εντροπία διαφορετικών υλικών με μεταβολές της θερμοκρασίας.
Υπάρχει επίσης το λεγόμενο μηδενικό νόμο της θερμοδυναμικής, sΠεριλαμβάνεται στα εξής: η θερμότητα από το θερμαινόμενο τμήμα του απομονωμένου συστήματος εκτείνεται σε όλα τα στοιχεία του. Έτσι, με την πάροδο του χρόνου, η θερμοκρασία σε ένα σύστημα εξισώνεται.
Οι νόμοι της θερμοδυναμικής είναι τα βασικά συστατικά της επιστήμης της μηχανικής. Χάρη στα συμπεράσματα που έγιναν σε διαφορετικούς χρόνους, η σύγχρονη επιστήμη και κοινωνία έχουν εμπλουτιστεί από την εφεύρεση των περισσότερων μηχανών.
Οι νόμοι της θερμοδυναμικής είναι καθολικοί για όλα τα τμήματα της μηχανικής.
