Zakoni termodinamike in njihov opis

Zakone termodinamike imenujemo tudi njegovi začetki. Pravzaprav začetek termodinamike ni nič drugega kot kombinacija tistih ali drugih predpostavk, ki so podlaga za relevantni del molekularne fizike. Te določbe so bile določene med znanstvenimi raziskavami. Hkrati pa so bili eksperimentalno dokazani. Zakaj so zakoni termodinamike sprejeti za postulate? Stvar je v tem, da lahko termodinamiko tako zgradimo aksiomatsko.

Temeljni zakoni termodinamike

Malo o strukturiranju. Zakoni termodinamike so razdeljeni v štiri skupine, od katerih ima vsaka poseben pomen. Torej, kaj nam lahko povedo začetki termodinamike?

Prvi in ​​drugi

Prvi začetek pove, kako se prijaviti ohranjanje energije v zvezi z enim ali drugim termodinamičnim sistemom. Drugi začetek predstavlja nekatere omejitve, ki veljajo za smeri termodinamičnih procesov. Natančneje, prepovedujejo spontani prenos toplote iz manj ogrevanega na bolj ogreto telo. Imate u drugi zakon termodinamike in alternativno ime: zakon naraščajoče entropije.

Tretje in četrto

Tretji zakon opisuje obnašanje entropije blizu absolutne temperature nič. Obstaja še en začetek, zadnji. Imenuje se "ničelni zakon termodinamike". Njen pomen je v tem, da bo vsak zaprt sistem prišel v stanje termodinamičnega ravnovesja in ga ne bo mogel samostojno izstopiti. Poleg tega je njeno začetno stanje lahko karkoli.

Zakaj potrebujemo začetek termodinamike?

Proučili smo zakone termodinamike, da bi opisali makroskopske parametre različnih sistemov. Hkrati se ne predlagajo posebni predlogi, ki so povezani z mikroskopsko napravo. To vprašanje se preučuje ločeno, vendar z drugo vejo znanosti - statistično fiziko. Zakoni termodinamike so neodvisni drug od drugega. Kaj lahko to pomeni? Razumeti ga je treba tako, da se noben začetek termodinamike ne more izpeljati iz drugega.

Prvi zakon termodinamike

Kot je znano, je za termodinamični sistem značilno več parametrov, med katerimi je tudi notranja energija (označena s črko U). Slednji se oblikuje iz kinetične energije, ki jo imajo vsi delci. To je lahko energija translacijske, pa tudi vibracijske in rotacijsko gibanje. Na tej točki se spomnimo, da je energija lahko ne le kinetična, ampak tudi potencialna. Torej, v primeru idealnih plinov potencialne energije zanemarjeno. Zato bo notranja energija U sestavljena izključno iz kinetična energija gibanje molekul in so odvisne od temperature.

Ta količina, notranja energija, se z drugimi besedami imenuje funkcija stanja, saj jo določa stanje termodinamičnega sistema. V našem primeru je določena s temperaturo plina. Omeniti je treba, da notranja energija ni odvisna od tega, kaj je bil prehod v državo. Predpostavimo, da termodinamični sistem izvaja krožni proces (cikel, kot ga imenujemo v molekularni fiziki). Z drugimi besedami, sistem, ki je zapustil začetno stanje, je podvržen določenim procesom, vendar se zaradi tega vrne v primarno stanje. Potem ni težko uganiti, da bo sprememba notranje energije enaka 0.

Kako se spreminja notranja energija?

Obstajata dva načina za spremembo notranje energije idealnega plina. Prva možnost je, da opravite delo. Drugi je sistem obveščanja o eni ali drugi količini toplote. Logično je, da druga metoda vključuje ne samo sporočilo toplote, temveč tudi njegovo odstranitev.

Formulacija prvega zakona termodinamike

Morda jih je več (formulacije), saj vsakdo rad govori drugače. V bistvu pa bistvo ostaja isto. Pri tem gre za dejstvo, da se količina toplote, ki jo damo v termodinamični sistem, porabi za opravljanje mehanskega dela s idealnim plinom in spremembo notranje energije. Če govorimo o formuli ali matematičnem zapisu prvega zakona termodinamike, potem izgleda takole: dQ = dU + dA.

- Vse vrednosti, ki so del formule, imajo lahko različne znake. Nič jim ne preprečuje, da bi bili negativni. Predpostavimo, da se v sistem dovaja količina toplote Q, nato se bo plin ogreval. Temperatura se poveča, kar pomeni, da se poveča tudi notranja energija plina. To pomeni, da bosta tako Q kot U imela pozitivne vrednosti. Če pa se notranja energija plina poveča, se začne bolj aktivno obnašati, širiti. Zato bo delo tudi pozitivno. Lahko rečemo, da delo poteka po samem sistemu, plin.

- Če se iz sistema vzame določena količina toplote, se notranja energija zmanjša in plin stisne. V tem primeru lahko rečemo, da je delo opravljeno na sistemu, in ne na sebi. Recimo, da nekaj termodinamičnega sistema izvaja cikel. V tem primeru (kot je bilo prej povedano) bo sprememba notranje energije enaka 0. Zato bo delo, ki ga opravi plin ali je nad njim, numerično enako toploti, ki jo dobavi ali jo dodeli sistemu.

- Matematični zapis tega učinka se imenuje druga formulacija prvega zakona termodinamike. Približno takole: "V naravi je obstoj prvega tipa motorja nemogoč, to je motor, ki bi opravljal delo, ki presega toploto, ki jo prejme od zunaj."

Drugi zakon termodinamike

Ni težko uganiti, da je termodinamično ravnotežje značilno za sistem, v katerem makroskopske količine ostajajo nespremenjene v času. To je seveda tlak, volumen in temperatura plina. Njihova nespremenljivost se lahko gradi na več pogojih: odsotnost toplotne prevodnosti, kemijske reakcije, difuzija in drugi procesi. Če je bil pod vplivom zunanjih dejavnikov sistem izpeljan iz termodinamičnega ravnovesja, se bo sčasoma vrnil k njemu. Ampak, če teh dejavnikov ni. In to se bo zgodilo spontano.

Šli bomo malo drugače, kot priporočajo mnogi učbeniki. Za začetek si poglejmo drugi zakon termodinamike, nato pa bomo videli, kakšne so vrednote, ki gredo v to, in kaj pomenijo. Torej, v zaprtem sistemu, v prisotnosti kakršnih koli procesov, ki se pojavljajo v njem, se entropija ne zmanjša. Drugi zakon termodinamike je zapisan na naslednji način: dS> (=) 0. Tukaj bo znak> povezan z nepovratnim procesom in znak = bo povezan z reverzibilnim.

Kaj se v termodinamiki imenuje reverzibilni proces? In to je proces, v katerem se sistem vrne (po nizu nekaterih procesov) v prvotno stanje. Poleg tega v tem primeru v sistemu ali okolju ne ostanejo nobene spremembe. Z drugimi besedami, reverzibilen proces je proces, za katerega se je mogoče vrniti v začetno stanje prek vmesnih stanj, ki so identični neposrednemu procesu. V molekularni fiziki je takih procesov zelo malo. Na primer, prenos toplote iz toplejšega telesa na manj segreto bo nepovraten. Podobno, v primeru difuzije dveh snovi, kot tudi porazdelitev plina na celotno prostornino.

Entropija

Entropija, ki se pojavi v drugem zakonu termodinamike, je enaka spremembi količine toplote, deljene s temperaturo. Formula: dS = dQ / T. Ima določene lastnosti.