Θερμοδυναμική
Η θερμοδυναμική είναι ένας κλάδος της φυσικής που μελετά την κίνηση της θερμότητας μεταξύ διαφορετικών αντικειμένων. Η θερμοδυναμική μελετά επίσης τη μεταβολή της πίεσης και του όγκου των αντικειμένων. Ένας κλάδος των μαθηματικών που ονομάζεται στατιστική χρησιμοποιείται συχνά στη θερμοδυναμική για να εξετάσει την κίνηση των σωματιδίων.
Η θερμοδυναμική είναι χρήσιμη επειδή μας βοηθά να κατανοήσουμε πώς ο κόσμος των πολύ μικρών ατόμων συνδέεται με τον κόσμο μεγάλης κλίμακας που βλέπουμε καθημερινά.
Η θερμοδυναμική έχει επίσης δύο κύριους κλάδους που ονομάζονται κλασική θερμοδυναμική και στατιστική θερμοδυναμική. Μια σημαντική ιδέα της θερμοδυναμικής είναι αυτή του θερμοδυναμικού συστήματος.
Ένα παράδειγμα θερμοδυναμικού συστήματος είναι ένα τούβλο. Ένα τούβλο αποτελείται από πολλά άτομα τα οποία έχουν όλα τις δικές τους ιδιότητες. Όλα τα θερμοδυναμικά συστήματα έχουν δύο είδη ιδιοτήτων, τις εκτεταμένες και τις εντατικές. Για το τούβλο, οι εκτεταμένες ιδιότητες είναι αυτές που προκύπτουν από την πρόσθεση όλων των ατόμων. Πράγματα όπως ο όγκος, η ενέργεια, η μάζα και το φορτίο είναι εκτεταμένες, επειδή δύο από το ίδιο τούβλο μαζί έχουν διπλάσια μάζα από ένα τούβλο. Οι εντατικές ιδιότητες του τούβλου είναι αυτές που προκύπτουν αν εξετάσουμε το μέσο όρο όλων των ατόμων. Πράγματα όπως η θερμοκρασία, η πίεση και η πυκνότητα είναι εντατικές επειδή δύο από το ίδιο τούβλο εξακολουθούν να έχουν την ίδια θερμοκρασία με ένα τούβλο μόνο του.
Νόμοι της θερμοδυναμικής
Υπάρχουν τέσσερις νόμοι της θερμοδυναμικής που λένε πώς η ενέργεια μπορεί να μετακινηθεί μεταξύ δύο αντικειμένων με τη μορφή θερμότητας.
- Ζ' νόμος της θερμοδυναμικής
Εάν δύο συστήματα έχουν ίση ροή θερμότητας μπρος-πίσω και ένα από τα δύο συστήματα έχει ίση ροή θερμότητας μπρος-πίσω με ένα άλλο σύστημα, και τα τρία συστήματα έχουν ίση ροή θερμότητας μεταξύ τους.
Η αύξηση της ενέργειας σε ένα σύστημα είναι η ίδια με την ενέργεια που δίνεται σε ένα σύστημα με τη μορφή θερμότητας ή έργου. Η ενέργεια δεν μπορεί να δημιουργηθεί ή να καταστραφεί, αλλά μόνο να μεταβληθεί. Η ποσότητα ενέργειας που δίνεται σε ένα σύστημα είναι η ίδια ποσότητα ενέργειας που λαμβάνεται από το περιβάλλον.
Δεδομένου ενός ζεύγους συστημάτων που εφάπτονται με διαφορετικές θερμοκρασίες, η θερμότητα θα ρέει από το θερμό στο ψυχρό έως ότου η θερμοκρασία των συστημάτων εξισωθεί.
- Τρίτος νόμος της θερμοδυναμικής
Όταν ένα σύστημα έχει θερμοκρασία 0 kelvin, το απόλυτο μηδέν (η χαμηλότερη θερμοκρασία), η εντροπία (η ενέργεια που δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να γίνει έργο) είναι 0.
Χρήσεις της θερμοδυναμικής
Νωρίτερα, η θερμοδυναμική μελετήθηκε για την καλύτερη λειτουργία των ατμομηχανών. Τώρα, οι ιδέες της θερμοδυναμικής χρησιμοποιούνται στα πάντα, από την κατασκευή μηχανών μέχρι τη μελέτη των μαύρων τρυπών.
Οι επιστήμονες χρησιμοποιούν τη θερμοδυναμική για πολλούς λόγους. Ένας από αυτούς είναι για να κατασκευάσουν καλύτερες μηχανές και ψυγεία. Ένας άλλος είναι η κατανόηση των ιδιοτήτων των καθημερινών υλικών, ώστε να μπορούν να τα καταστήσουν ισχυρότερα στο μέλλον. Η θερμοδυναμική χρησιμοποιείται επίσης στη χημεία για να εξηγήσει ποιες αντιδράσεις θα λειτουργήσουν και ποιες όχι (αυτή η μελέτη είναι γνωστή ως χημική κινητική). Η θερμοδυναμική είναι ισχυρή επειδή τα απλά μοντέλα για τα άτομα λειτουργούν καλά στην εξήγηση των ιδιοτήτων μεγάλων συστημάτων όπως τα τούβλα.
Σχετικές σελίδες
Ερωτήσεις και απαντήσεις
Q: Τι είναι η θερμοδυναμική;
A: Η θερμοδυναμική είναι ένας κλάδος της φυσικής που μελετά τις σχέσεις μεταξύ θερμότητας, θερμοκρασίας και ενέργειας.
Ερ: Πώς χρησιμοποιούνται τα μαθηματικά στη θερμοδυναμική;
A: Τα μαθηματικά, συγκεκριμένα η στατιστική, χρησιμοποιούνται συχνά στη θερμοδυναμική για να εξετάσουν την κίνηση των σωματιδίων.
Ερ: Ποιες είναι ορισμένες εφαρμογές της θερμοδυναμικής;
Α: Η θερμοδυναμική μας βοηθά να κατανοήσουμε πώς ο κόσμος των πολύ μικρών ατόμων συνδέεται με τον κόσμο μεγάλης κλίμακας που βλέπουμε καθημερινά. Έχει επίσης δύο κύριους κλάδους που ονομάζονται κλασική θερμοδυναμική και στατιστική θερμοδυναμική.
Ερ: Ποιο είναι ένα παράδειγμα θερμοδυναμικού συστήματος;
Α: Ένα παράδειγμα θερμοδυναμικού συστήματος είναι ένα τούβλο που αποτελείται από πολλά άτομα με τις δικές τους ιδιότητες.
Ερ: Τι είναι οι εκτεταμένες ιδιότητες;
Α: Οι εκτεταμένες ιδιότητες είναι αυτές που παίρνουμε αν προσθέσουμε όλα τα άτομα, όπως ο όγκος, η ενέργεια, η μάζα και το φορτίο, επειδή δύο από το ίδιο τούβλο μαζί έχουν διπλάσια μάζα από ένα τούβλο.
Ερ: Τι είναι οι εντατικές ιδιότητες;
Α: Οι εντατικές ιδιότητες είναι αυτές που παίρνουμε εξετάζοντας το μέσο όρο όλων των ατόμων, όπως η θερμοκρασία, η πίεση και η πυκνότητα, επειδή δύο από το ίδιο τούβλο εξακολουθούν να έχουν την ίδια θερμοκρασία με ένα τούβλο μόνο του.
