Τι είναι η θερμοδυναμική;

Η θερμοδυναμική είναι η περιοχή της επιστήμης που περιλαμβάνει τη σχέση μεταξύ θερμότητας και άλλων ειδών ενέργειας.Η θερμοδυναμική ανακαλύφθηκε και μελετήθηκε ξεκινώντας από τη δεκαετία του 1800.Εκείνη την εποχή, συνδέθηκε και κέρδισε σημασία λόγω της χρήσης ατμομηχανών.

Η θερμοδυναμική μπορεί να κατανεμηθεί σε τέσσερις νόμους.Παρόλο που προστίθεται στους νόμους της θερμοδυναμικής μετά από τους άλλους τρεις νόμους, ο νόμος του Zeroth συζητείται συνήθως πρώτα.Δηλώνει ότι εάν δύο συστήματα βρίσκονται σε θερμική ισορροπία με ένα τρίτο σύστημα, τότε βρίσκονται σε θερμική ισορροπία μεταξύ τους.Με άλλα λόγια, εάν δύο συστήματα είναι η ίδια θερμοκρασία με ένα τρίτο σύστημα, τότε και οι τρεις είναι οι ίδιες θερμοκρασίες.

Ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής δηλώνει ότι η συνολική ενέργεια ενός συστήματος παραμένει σταθερή, ακόμη και αν μετατρέπεται από τη μία μορφή σε άλλη.Για παράδειγμα, κινητική ενέργεια mdash;Η ενέργεια που έχει ένα αντικείμενο όταν κινείται mdash;μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια όταν ένας οδηγός πιέζει τα φρένα στο αυτοκίνητο για να το επιβραδύνει.Υπάρχουν συχνά φράσεις για να βοηθήσουν τους ανθρώπους να θυμούνται τον πρώτο νόμο της θερμοδυναμικής: "Η εργασία είναι θερμότητα και η θερμότητα είναι δουλειά".Βασικά, η εργασία και η θερμότητα είναι ισοδύναμα.

Ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής είναι ένας από τους πιο βασικούς νόμους της επιστήμης.Δηλώνει ότι η θερμότητα δεν μπορεί να ρέει σε ένα σύστημα σε υψηλότερη θερμοκρασία από ένα σύστημα σε χαμηλότερη θερμοκρασία με δική του βούληση.Για να γίνει μια τέτοια ενέργεια, πρέπει να γίνει εργασία.Εάν ένας κύβος πάγου τοποθετηθεί σε ένα φλιτζάνι ζεστό νερό, ο κύβος πάγου λιώνει καθώς η θερμότητα από το νερό ρέει σε αυτό.Το τελικό αποτέλεσμα είναι ένα φλιτζάνι νερό που είναι ελαφρώς πιο δροσερό.Οι κύβοι πάγου μπορούν να σχηματίσουν μόνο εάν χρησιμοποιείται ενέργεια.

Ένα άλλο παράδειγμα του δεύτερου νόμου που εργάζεται μόνο με την προσθήκη ενέργειας μπορεί να παρατηρηθεί με ένα παλαιότερο ψυγείο.Σε αυτή την περίπτωση, η ψύξη του εσωτερικού του ψυγείου θερμαίνει το εξωτερικό του.Έτσι, η εργασία γίνεται και η εργασία κάνει θερμότητα.Το έργο ολοκληρώνεται από την αντλία του ψυγείου.

Ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής λέει επίσης ότι τα πράγματα μπορούν να φθαρούν.Για παράδειγμα, εάν ένα σπίτι από τούβλα παραμένει άγνωστο, τελικά θα καταρρεύσει από τον άνεμο, τη βροχή, το κρύο και άλλες καιρικές συνθήκες.Ωστόσο, εάν ένα σωρό από τούβλα, αν αφεθεί χωρίς επίβλεψη, δεν θα σχηματίσει ποτέ ένα σπίτι, εκτός αν προστεθεί εργασία στο μίγμα.

Ο τρίτος νόμος της θερμοδυναμικής δηλώνει ότι η αλλαγή στην εντροπία ενός συστήματος όταν μετατρέπεται από τη μία μορφή σε άλλη πλησιάζει στο μηδέν καθώς η θερμοκρασία του πλησιάζει το μηδέν στην κλίμακα Kelvin.Το μηδέν στην κλίμακα Kelvin είναι το απόλυτο κατώτερο όριο της θερμοκρασίας - όταν τα άτομα και τα μόρια έχουν την ελάχιστη δυνατή ενέργεια.Η εντροπία ορίζεται ως η διαθεσιμότητα της ενέργειας ενός συστήματος για να κάνει εργασία.Έτσι, προκύπτει ότι υπάρχει μια απόλυτη κλίμακα εντροπίας.Κατά συνέπεια, κανένα πραγματικό σύστημα δεν μπορεί ποτέ να φτάσει μηδενικά βαθμούς στην κλίμακα Kelvin.