- Termodinamiğin yasaları nelerdir?
- Termodinamik yasalarının kökeni
- Termodinamiğin Birinci Yasası
- Termodinamiğin ikinci yasası
- Termodinamiğin üçüncü yasası
- Termodinamiğin sıfır yasası
Termodinamik yasalarının ne olduğunu, bu ilkelerin kökeninin ne olduğunu ve her birinin temel özelliklerini açıklıyoruz.
Termodinamiğin yasaları nelerdir?
Termodinamiğin yasaları (veya termodinamiğin ilkeleri), üç temel fiziksel niceliğin davranışını tanımlar; hava sıcaklığı, Enerji veentropitermodinamik sistemleri karakterize eden . "Termodinamik" terimi Yunancadan gelmektedir. termos, Bunun anlamı ne "sıcaklık", Y dinamolar, Bunun anlamı ne "Kuvvet”.
Matematiksel olarak, bu ilkeler bir ayarlamak Herhangi bir çalışma nesnesi olarak tanımlanan termodinamik sistemlerin davranışını açıklayan denklemlerin (bir molekül veya bir insan oğlu, a kadar atmosfer veya bir tencerede kaynar su).
Termodinamiğin dört yasası vardır ve bunlar termodinamiğin fiziksel yasalarını anlamak için çok önemlidir. Evren ve bazı fenomenlerin imkansızlığı, örneğin hareket kalıcı.
Termodinamik yasalarının kökeni
dört ilke termodinamik Farklı kökenleri vardır ve bazıları öncekilerden formüle edilmiştir. İlk kurulan, aslında, Fransız fizikçi ve mühendis Nicolás Léonard Sadi Carnot'un 1824'teki eseri olan ikincisiydi.
Ancak, 1860'da bu ilke Rudolf Clausius ve William Thompson tarafından yeniden formüle edildi ve ardından şimdi Termodinamiğin Birinci Yasası dediğimiz şeyi ekledi. Daha sonra, 1906 ve 1912 yılları arasında Walther Nernst'in çalışmaları sayesinde ortaya çıktığı için "Nerst postülası" olarak da bilinen üçüncüsü ortaya çıktı.
Son olarak, 1930'da Guggenheim ve Fowler tarafından önerilen "sıfır yasası" ortaya çıktı. Her alanda gerçek bir yasa olarak tanınmadığı söylenmelidir.
Termodinamiğin Birinci Yasası
Birinci yasa, "Enerjinin Korunumu Yasası" olarak adlandırılır, çünkü herhangi bir durumda bunu dikte eder. sistem Çevresinden izole edildiğinde, bir enerji türünden farklı bir enerji türüne dönüştürülebilse bile toplam enerji miktarı her zaman aynı olacaktır. Veya başka bir deyişle: enerji yaratılamaz veya yok edilemez, sadece dönüştürülür.
Böylece, fiziksel bir sisteme belirli bir miktarda ısı (Q) sağlayarak, toplam enerji miktarı, sağlanan ısı eksi ısı miktarı olarak hesaplanabilir.Görev (W) sistem tarafından çevresi üzerinde gerçekleştirilen. Bir formülle ifade edilir: ΔU = Q - W.
Bu yasaya örnek olarak bir uçak motoru düşünelim. prosesi sırasında kimyasal olarak reaksiyona giren yakıttan oluşan termodinamik bir sistemdir. yanma, ısı yayar ve iş yapar (bu, uçağı hareket ettirir). Yani: yapılan işin miktarını ve açığa çıkan ısıyı ölçebilseydik, sistemin toplam enerjisini hesaplayabilir ve motordaki enerjinin uçuş sırasında sabit kaldığı sonucuna varabilirdik: enerji ne yaratıldı ne de yok edildi, aksine değiştirildi. nın-nin kimyasal enerji ile kalori enerjisi YKinetik enerji (hareket, yani iş).
Termodinamiğin ikinci yasası
“Entropi Yasası” olarak da adlandırılan ikinci yasa, şu şekilde özetlenebilir: entropi evrende artma eğilimindedir hava. Bu, sistemlerin düzensizlik derecesinin, sistemin en büyük düzensizliği olan bir denge noktasına ulaşana kadar arttığı anlamına gelir.
Bu yasa, fizikte temel bir kavram sunar: fiziksel sistemler söz konusu olduğunda düzensizlik derecesini temsil eden entropi kavramı (S harfi ile gösterilir). Enerji dönüşümünün olduğu her fiziksel süreçte belirli bir miktarda enerjinin kullanılabilir olmadığı, yani iş yapamayacağı ortaya çıktı. İş yapamıyorsanız, çoğu durumda bu enerji ısıdır. Sistemin saldığı bu ısı, sistemin düzensizliğini, entropisini arttırır. Entropi, bir sistemin düzensizliğinin bir ölçüsüdür.
Bu yasanın formülasyonu, entropideki (dS) değişimin her zamanısı transferi (dQ), sistemin sıcaklığına (T) bölünür. Yani: dS ≥ dQ / T.
Bunu bir örnekle anlamak için belirli bir miktar yakmak yeterlidir. konu ve sonra ortaya çıkan külleri toplayın. Bunları tarttığımızda, başlangıçtaki halinden daha az madde olduğunu doğrulayacağız: maddenin bir kısmı, şeklinde ısıya dönüştü. gazlar sistem üzerinde iş yapamadıklarını ve düzensizliğine katkıda bulunduklarını.
Termodinamiğin üçüncü yasası
Üçüncü yasa, mutlak sıfıra getirilen bir sistemin entropisinin kesin bir sabit olacağını belirtir. Başka bir deyişle:
- Mutlak sıfıra (Kelvin birimlerinde sıfır) ulaşıldığında, fiziksel sistemlerin süreçleri durur.
- Mutlak sıfıra ulaştığında (Kelvin birimlerinde sıfır), entropi sabit bir minimum değere sahiptir.
Mutlak sıfır denilen değere (-273.15 °C) günlük olarak ulaşmak zordur, ancak bir dondurucuda neler olduğunu analiz ederek bu yasayı düşünebiliriz: Gıda orada biriktirdiğimiz o kadar soğuyacak ki, içindeki biyokimyasal süreçler yavaşlayacak hatta duracak. Bu nedenle ayrışması gecikir ve tüketim çok daha uzun süre.
Termodinamiğin sıfır yasası
"Sıfır kanunu", son uygulanan olmasına rağmen bu isimle bilinir. Ayrıca şöyle bilinir Termal Denge Yasası, bu ilke şunu belirtir: "Eğer iki sistem Termal denge üçüncü bir sistemle bağımsız olarak, birbirleriyle de termal dengede olmaları gerekir”. Mantıksal olarak şu şekilde ifade edilebilir: A = C ve B = C ise, A = B.
Bu yasa, üç farklı A, B ve C gövdesinin termal enerjisini karşılaştırmamızı sağlar. A gövdesi C gövdesiyle (aynı sıcaklığa sahipler) termal dengedeyse ve B de C ile aynı sıcaklığa sahipse, o zaman A ve B aynı sıcaklığa sahiptir.
Bu ilkeyi ifade etmenin bir başka yolu, farklı sıcaklıklara sahip iki cisim temas ettiğinde, sıcaklıkları eşitlenene kadar ısı alışverişinde bulunduklarını iddia etmektir.
Bu yasanın günlük örneklerini bulmak kolaydır. Soğuk veya sıcak suya girdiğimizde, vücudumuz su ile termal dengeye gireceğinden, sıcaklık farkını sadece ilk dakikalarda fark ederiz.Suçlu ve artık farkı fark etmeyeceğiz. Aynı şey sıcak veya soğuk bir odaya girdiğimizde de olur: İlk başta sıcaklığı fark ederiz, ancak daha sonra farkı algılamayı bırakırız çünkü onunla termal dengeye gireriz.