Термодинамика

Мы объясним, что такое термодинамика и из чего состоит термодинамическая система. Кроме того, каковы законы термодинамики
Энергия может обмениваться от одной системы к другой только в форме тепла или работы

Что такое термодинамика?

Термодинамика (от греч. thermós – тепло и dynamos – власть, сила) – это раздел физики , который изучает механические действия тепла и подобных форм энергии. В его исследовании объекты рассматриваются как реальные макроскопические системы, с помощью научного метода и дедуктивных рассуждений, обращая внимание на обширные переменные, такие как энтропия , внутренняя энергия или объем ; а также неэкстенсивные переменные, такие как температура давление или химический потенциал, среди других типов величин

Однако термодинамика не дает интерпретации величин, которые она изучает , и объектами ее изучения всегда являются системы в состоянии равновесия, то есть те, чьи характеристики могут определяться не столько внешними силами, действующими на них, сколько внутренними элементами. По этой причине он считает, что энергия может обмениваться от одной системы к другой только в виде тепла или работы

Формальное изучение термодинамики было начато Отто фон Герике в 1650 году, немецким физиком и юристом, который спроектировал и построил первый вакуумный насос, опровергнув Аристотеля и его максиму о том, что природа не терпит вакуума, с ее приложениями. После этого изобретения ученые Роберт Бойль и Роберт Гук усовершенствовали свои системы и наблюдали корреляцию между давлением, температурой и объемом. Так родились принципы термодинамики

Термодинамическая система

Открытые системы обмениваются энергией и веществом с окружающей средой.

Термодинамическая система – это часть Вселенной, которая для целей изучения концептуально изолирована от остального и предназначена для автономного понимания. Он учитывает способы изменения или сохранения энергии и, одновременно, обмены материей и/или энергией с окружающей средой или с другими подобными системами (если таковые имеются). Таким образом, это метод изучения термодинамики

Основной критерий классификации этих систем основан на степени их изоляции от окружающей среды, таким образом, различают:

• Открытые системы : те, которые свободно обмениваются энергией и веществом с окружающей средой, как большинство систем, известных в повседневной жизни. Например: автомобиль. Человек подает в него топливо , а он возвращает газы и тепло в окружающую среду.
• Закрытые системы – это системы, которые обмениваются энергией с окружающей средой, но не материей. Это то, что происходит с закрытым контейнером, таким как банка, содержимое которой неизменно, но которая теряет тепло в течение времени , рассеивая его в окружающий воздух.
• Изолированные системы. Те, которые в той или иной степени не обмениваются энергией или веществом с окружающей средой. Идеально изолированных систем, конечно, не существует, но в какой-то степени они существуют: колба термоса, содержащая горячую воду, будет сохранять свою температуру некоторое время, достаточно долгое для того, чтобы она была изолирована на некоторое время.

Законы термодинамики

Нулевой закон логически выражается следующим образом: если A = C и B = C, то A= B.

Термодинамика управляется четырьмя фундаментальными принципами или законами, сформулированными различными учеными на протяжении всей истории этой дисциплины. Этими принципами или законами являются:

• Первый принцип, или Закон сохранения энергии. Она утверждает, что общее количество энергии в любой физической системе, изолированной от окружающей среды, всегда будет одинаковым, даже если она может быть преобразована из одной формы энергии во множество различных форм. Другими словами: энергия не может быть ни создана, ни уничтожена, только преобразована.
• Третий принцип, или закон абсолютного нуля гласит, что энтропия системы, доведенная до абсолютного нуля, всегда будет определенной константой. Это означает, что при абсолютном нуле (-273,15° C или 0 K) процессы в физических системах останавливаются, а энтропия имеет постоянное минимальное значение.
• Его называют нулевым законом, потому что, хотя он был постулирован последним, основные и фундаментальные предписания, которые он устанавливает, имеют приоритет над остальными тремя законами. Она гласит, что если две системы находятся в тепловом равновесии независимо от третьей системы, то они также должны находиться в тепловом равновесии друг с другом.

Химическая термодинамика

Химическая термодинамика – это отдельная область изучения, сосредоточенная на взаимосвязи между теплом и работой, а также химическими реакциями , все в рамках принципов термодинамики. Другими словами, это применение законов термодинамики, особенно первых двух, к миру реакций между веществами и соединениями , чтобы получить так называемые фундаментальные уравнения Гиббса, которые определяют, как изменяется и передается химическая энергия , содержащаяся в различных соединениях, или как энтропия Вселенной увеличивается каждый раз, когда происходит спонтанная реакция