Zákony termodynamiky a jejich popis

Zákony termodynamiky se také nazývají počátky. Ve skutečnosti je počátek termodynamiky nic jiného než kombinace těchto nebo jiných postulátů, které jsou základem příslušné části molekulární fyziky. Tato ustanovení byla stanovena během vědeckého výzkumu. Zároveň byly experimentálně prokázány. Proč jsou termodynamické zákony přijaty pro postuláty? Věc je, že tímto způsobem může být termodynamika postavena axiomaticky.

Základní zákony termodynamiky

Něco o strukturování. Zákony termodynamiky jsou rozděleny do čtyř skupin, z nichž každá má specifický význam. Takže, co nám říkají počátky termodynamiky?

První a druhá

První spuštění říká, jak se aplikovat zákon o ochraně energie ve vztahu k jednomu nebo jinému termodynamickému systému. Druhý začátek předkládá některá omezení, která platí pro směry termodynamických procesů. Konkrétněji zakazují spontánní přenos tepla z méně ohřátého na ohřívanější těleso. Máte u druhé termodynamické právo a alternativní jméno: zákon rostoucí entropie.

Třetí a čtvrtý

Třetí zákon popisuje chování entropie v blízkosti absolutní teploty nula. Ještě jeden začátek, poslední. Nazývá se "nulový zákon termodynamiky". Jeho význam spočívá ve skutečnosti, že jakýkoli uzavřený systém přijde do stavu termodynamické rovnováhy a nebude schopen se z něj dostat sám. Navíc jeho počáteční stav může být cokoliv.

Proč potřebujeme začátek termodynamiky?

Zákony termodynamiky byly studovány za účelem popisu makroskopických parametrů různých systémů. Současně se nepředkládají konkrétní návrhy, které jsou spojeny s mikroskopickým zařízením. Tato otázka je studována samostatně, ale jinou vědou - statistickou fyzikou. Zákony termodynamiky jsou navzájem nezávislé. Co to může znamenat? Musí být chápáno tak, že od začátku termodynamiky nelze odvodit jiný.

První zákon termodynamiky

Jak je známo, termodynamický systém je charakterizován několika parametry, mezi kterými je i vnitřní energie (označená písmenem U). Ta je tvořena z kinetické energie, kterou mají všechny částice. To může být energie translačního i vibračního rotační pohyb. V tomto okamžiku si připomínáme, že energie může být nejen kinetická, ale i potenciální. Takže v případě ideálních plynů potenciální energie zanedbané. Proto se vnitřní energie U skládá výhradně z kinetické energie pohybu molekul a závisí na teplotě.

Toto množství, vnitřní energie, je jinými slovy nazýváno státní funkcí, protože je určeno stavem termodynamického systému. V našem případě je určena teplotou plynu. Je třeba poznamenat, že vnitřní energie nezávisí na tom, jaký je přechod k stavu. Předpokládejme, že termodynamický systém provádí kruhový proces (cyklus, jak se nazývá v molekulární fyzice). Jinými slovy, systém, který opustil počáteční stav, prochází určitými procesy, ale vrací se do primárního stavu. Pak není těžké odhadnout, že změna vnitřní energie bude rovna 0.

Jak se mění vnitřní energetická změna?

Existují dva způsoby, jak změnit vnitřní energii ideálního plynu. První možností je vykonat práci. Druhým je informovat systém o jednom nebo druhém množství tepla. Je logické, že druhá metoda zahrnuje nejen sdělení tepla, ale také jeho odstranění.

Formulace prvního termodynamického zákona

Může jich být několik (formulace), protože všichni rádi mluví jinak. Ve skutečnosti však zůstává stejná. To snižuje skutečnost, že množství tepla, které bylo dodáno do termodynamického systému, je vynaloženo na provádění mechanické práce ideálním plynem a změnou vnitřní energie. Když hovoříme o vzorce nebo matematickém záznamu prvního termodynamického zákona, vypadá to takto: dQ = dU + dA.

- Všechny hodnoty, které jsou součástí vzorce, mohou mít různé znaky. Nic jim neznemožňuje být negativní. Předpokládejme, že do systému je dodáno množství tepla Q. Pak se plyn zahřeje. Teplota se zvyšuje, což znamená, že vnitřní energie plynu také vzrůstá. To znamená, že jak Q, tak U budou mít kladné hodnoty. Pokud však vnitřní energie plynu vzrůstá, začne se chovat aktivněji, rozšiřovat. Proto bude práce také pozitivní. Můžeme říci, že práce je prováděna samotným systémem, plynem.

- Pokud se ze systému odebere určité množství tepla, vnitřní energie klesá a plyn se stlačuje. V tomto případě už můžeme říci, že práce se děje na systému, a ne sama. Předpokládejme opět, že některý termodynamický systém provádí cyklus. V takovém případě (jak již bylo řečeno) změna vnitřní energie bude 0. Proto bude práce provedená plynem nebo nad ním číselně rovnocenná s teplem dodávaným nebo přiděleným do systému.

- Matematický záznam tohoto účinku se nazývá další formulace prvního zákona termodynamiky. Je to přibližně takto: "V přírodě není existence motoru prvního druhu nemožná, to je motor, který by vykonával práci, která přesahuje teplo přijaté zvenčí."

Druhý zákon termodynamiky

Není těžké odhadnout, že termodynamická rovnováha je charakteristická pro systém, ve kterém makroskopické veličiny zůstanou v čase nezměněny. To je samozřejmě tlak, objem a teplota plynu. Jejich neměnnost může být postavena na několika podmínkách: nepřítomnost tepelné vodivosti, chemické reakce, difúze a jiné procesy. Pokud by pod vlivem vnějších faktorů byl systém odvozen z termodynamické rovnováhy, vrátí se k němu v průběhu času. Pokud však tyto faktory chybí. A stane se to spontánně.

Půjdeme trochu jinak než to, co doporučují mnohé učebnice. Nejprve se podívejme na druhý termodynamický zákon a pak uvidíme, jaké jsou hodnoty, které do něj vstupují, a co tím myslí. Takže v uzavřeném systému, v přítomnosti jakýchkoli procesů, které se v něm vyskytují, entropie neklesá. Druhý termodynamický zákon je zaznamenán následovně: dS> (=) 0. Zde bude značka> spojena s nevratným procesem a značka = bude spojena s reverzibilním procesem.

Co se nazývá reverzibilní proces v termodynamice? A to je proces, ve kterém systém vrací (po sérii některých procesů) do svého původního stavu. Navíc v tomto případě nezůstanou žádné změny v systému ani v prostředí. Jinými slovy, reverzibilní proces je proces, pro který je možné vrátit se do počátečního stavu prostřednictvím mezilehlých stavů shodných s přímým procesem. V molekulární fyzice jsou takové procesy velmi málo. Například přenos tepla z teplejšího tělesa na méně ohřátý bude nevratný. Stejně tak v případě difúze dvou látek, stejně jako distribuce plynu na celý objem.

Entropie

Entropie, k níž dochází ve druhém zákonu termodynamiky, se rovná změně množství tepla dělené teplotou. Vzorec: dS = dQ / T. Má určité vlastnosti.