Преглед термодинамике и основни појмови

Термодинамика је та поље физике која се бави односом између топлота и друга својства (као што су притисак, густина, температураитд.) у супстанци.

Конкретно, термодинамика се у великој мери фокусира на начин а пренос топлоте је везан за различите промене енергије унутар физичког система који пролазе термодинамички процес. Такви процеси обично резултирају посао се врши системом и води их закони термодинамике.

У ширем смислу, топлота материјала се разуме као репрезентација енергије садржане у честицама тог материјала. То је познато као кинетичка теорија гасова, иако се овај концепт у различитом степену примењује и на чврсте и течне течности. Топлина из кретања ових честица може се пренијети у оближње честице, а самим тим и у друге делове материјала или друге материјале, на различите начине:

• Термички контакт је када две материје могу утицати једна на другу.
• Топлотна равнотежа је када две супстанце у топлотном контакту више не преносе топлоту.
• Термално ширење дешава се када се супстанца шири у количини како повећава топлоту. Постоји и топлотна контракција.
instagram viewer
• Провођење је када топлота тече кроз загрејану чврсту супстанцу.
• Конвекција је када загрејане честице преносе топлоту на другу супстанцу, као што је кување нечега у кипућој води.
• Зрачење је када се топлота преноси електромагнетним таласима, као што је сунце.
• Изолација је када се користи материјал ниског проводника за спречавање преноса топлоте.

Систем је подвргнут а термодинамички процес када постоји нека енергетска промена унутар система, обично повезана са променама притиска, запремине, унутрашње енергије (тј. температуре) или било којом врстом преноса топлоте.

Постоји неколико специфичних врста термодинамичких процеса који имају посебна својства:

• Адиабатски процес - процес без преноса топлоте у систем или ван њега.
• Изохорни процес - процес без промене волумена, у којем случају систем не ради.
• Изобарски процес - процес без промене притиска.
• Изотермални процес - процес без промене температуре.

Стање материје је опис врсте физичке структуре коју материјална супстанца манифестује, са својствима која описују како се материјал држи (или не). Петоро стања материје, мада су само прва три од њих обично укључена у начин на који размишљамо о стању материје:

• гасни
• течно
• чврст
• плазма
• вишка (као што је Кондензат Босе-Ајнштајна)

Многе материје могу прелазити између гасних, течних и чврстих фаза материје, док је познато да само неколико ретких супстанци могу да уђу у стање супер течности. Плазма је различито стање материје, попут муње

• кондензација - гас у течност
• смрзавање - течно до чврсто
• топљење - чврсто у течно
• сублимација - чврсто у гас
• испаравање - течно или чврсто у гас

Топлотни капацитет, Ц, објекта је однос промене топлине (промена енергије, ΔК, где грчки симбол Делта, Δ, означава промену количине) до промене температуре (ΔТ).

Ц = Δ К / Δ Т

Топлински капацитет неке супстанце указује на лакоћу са којом се супстанца загрева. А добар термички проводник имао би мали топлотни капацитет, што указује да мала количина енергије изазива велике промене температуре. Добар топлотни изолатор имао би велики топлотни капацитет, што указује да је за промену температуре потребно много преноса енергије.

Постоје разне врсте једначине идеалног гаса које односе температуру (Т₁), притисак (П₁) и запремина (В₁). Ове вредности након термодинамичке промене су означене са (Т₂), (П₂), и (В₂). За одређену количину материје, н (мерено у молима), следеће везе:

Боилеов закон ( Т је константна):
П₁В₁ = П₂В₂
Цхарлес / Гаи-Луссац закон (П је константна):
В₁/Т₁ = В₂/Т₂
Идеални закон о гасу:
П₁В₁/Т₁ = П₂В₂/Т₂ = нР

Р је идеална константа гаса, Р = 8.3145 Ј / мол * К. За одређену количину материје, дакле, нР је константа, што даје закон идеалног гаса.

• Зероетов закон термодинамике - Два система у топлотној равнотежи са трећим системом су у термалној равнотежи један према другом.
• Први закон термодинамике - Промјена енергије система је количина енергије додате у систем умањена за потрошену енергију радећи.
• Други закон термодинамике - Немогуће је да процес има једини резултат преноса топлоте са хладнијег тела на топлије.
• Трећи закон термодинамике - Немогуће је снизити било који систем на апсолутну нулу у коначном низу операција. То значи да се не може створити савршено ефикасан топлотни мотор.

Други закон термодинамике може се поновити да би се разговарало ентропија, што је квантитативно мерење поремећаја у систему. Промена топлоте подељена са апсолутна температура је промена ентропије процеса. Дефинисан на овај начин, Други закон може се поново поставити као:

У било којем затвореном систему, ентропија система ће или остати константна или ће се повећавати.

Од стране "затворени систем" то значи да сваки део процеса се укључује приликом израчуна ентропије система.

На неки начин, третирање термодинамике као засебне дисциплине физике је заваравајуће. Термодинамика се дотиче готово свих подручја физике, од астрофизике до биофизике, јер се сви на неки начин баве променом енергије у систему. Без способности система да користи енергију унутар система да би радио - срце термодинамике - физичари не би имали ништа да проуче.

Како је речено, постоје нека поља која користе термодинамику успут док проучавају друга појаве, док постоји широк спектар поља која су усредсређена на термодинамичке ситуације умешан. Ево неких потпоља термодинамике:

• Криофизика / Криогеника / Физика ниских температура - проучавање физичка својства у ситуацијама са ниским температурама, далеко испод температура које су искусне чак и у најхладнијим регионима Земље. Пример за ово је проучавање супер течности.
• Динамика флуида / Механика флуида - проучавање физичких својстава „течности“, посебно дефинисаних у овом случају да буду течности и гасови.
• Физика високог притиска - тхе студиј физике у системима екстремно високог притиска, који се углавном односе на динамику течности.
• Метеорологија / физика времена - физику временских прилика, системе притиска у атмосфери итд.
• Физика плазме - проучавање материје у стању плазме.