เราอธิบายว่าเทอร์โมไดนามิกส์คืออะไรและประกอบด้วยระบบเทอร์โมไดนามิกส์อย่างไร นอกจากนี้ กฎของอุณหพลศาสตร์คืออะไร
เทอร์โมไดนามิกส์คืออะไร?
เรียกว่าเทอร์โมไดนามิกส์ (มาจากภาษากรีก กระติกน้ำร้อน, "ความร้อน" และ ไดนาโม, "พลัง, ความแข็งแกร่ง") สู่สาขาของ ทางกายภาพ ที่ศึกษาการกระทำทางกลของความร้อนและพลังงานรูปแบบอื่นที่คล้ายคลึงกัน การศึกษาของเขาเข้าใกล้วัตถุในฐานะระบบมหภาคที่แท้จริงผ่าน วิธีการทางวิทยาศาสตร์ และการใช้เหตุผลแบบนิรนัย โดยให้ความสนใจกับตัวแปรมากมาย เช่น เอนโทรปีพลังงานภายในหรือ ปริมาณ; เช่นเดียวกับตัวแปรที่ไม่ครอบคลุมเช่น อุณหภูมิ, ที่ ความดัน หรือศักย์เคมี ท่ามกลางขนาดอื่นๆ
อย่างไรก็ตาม เทอร์โมไดนามิกส์ไม่ได้ให้การตีความปริมาณที่ศึกษา และวัตถุของการศึกษานั้นมักจะเป็น ระบบ ในสภาวะสมดุล กล่าวคือ คุณลักษณะที่กำหนดโดยองค์ประกอบภายในและไม่มากโดยแรงภายนอกที่กระทำต่อพวกมัน ด้วยเหตุผลดังกล่าว ให้พิจารณาว่า พลังงาน สามารถแลกเปลี่ยนจากระบบหนึ่งไปยังอีกระบบหนึ่งเป็น a . เท่านั้น ความร้อน หรือจาก งาน.
การศึกษาอุณหพลศาสตร์อย่างเป็นทางการเริ่มขึ้นโดย Otto von Guericke ในปี ค.ศ. 1650 นักฟิสิกส์และนักกฎหมายชาวเยอรมันผู้ออกแบบและสร้างปั๊มสุญญากาศเครื่องแรก เป็นการหักล้างอริสโตเติลและคติพจน์ของเขาที่ว่า "ธรรมชาติเกลียดชังสุญญากาศ" กับการใช้งานของเขา หลังจากการประดิษฐ์นี้ นักวิทยาศาสตร์ Robert Boyle และ Robert ฮุค พวกเขาปรับปรุงระบบของตนและดูความสัมพันธ์ระหว่างความดัน อุณหภูมิ และปริมาตร หลักการของอุณหพลศาสตร์จึงถือกำเนิดขึ้น
ระบบอุณหพลศาสตร์
ระบบอุณหพลศาสตร์เป็นที่เข้าใจกันว่าเป็นส่วนหนึ่งของจักรวาลซึ่งเพื่อวัตถุประสงค์ในการศึกษา แยกแนวคิดออกจากส่วนที่เหลือและพยายามทำความเข้าใจด้วยตนเอง สังเกตวิธีที่พลังงานเปลี่ยนแปลงหรือรักษาไว้ และในขณะเดียวกันก็แลกเปลี่ยนพลังงาน วัตถุ และ/หรือพลังงานกับสิ่งแวดล้อมหรือกับระบบอื่นที่คล้ายคลึงกัน (ถ้ามี) จึงเป็นวิธีการศึกษาอุณหพลศาสตร์
เกณฑ์หลักในการจำแนกระบบเหล่านี้ขึ้นอยู่กับระดับการแยกตัวออกจากสิ่งแวดล้อม ดังนั้นจึงแยกแยะระหว่าง:
- ระบบเปิด. สารที่แลกเปลี่ยนพลังงานและสสารกับสิ่งแวดล้อมอย่างอิสระ ดังที่ระบบส่วนใหญ่รู้จักทำในชีวิตประจำวัน ตัวอย่างเช่น: รถยนต์ มือข้างหนึ่งเขา เชื้อเพลิง และคืนสู่สิ่งแวดล้อม ก๊าซ และความร้อน
- ระบบปิด. พวกที่แลกเปลี่ยนพลังงานกับสิ่งแวดล้อมแต่ไม่สำคัญ นี่คือสิ่งที่เกิดขึ้นกับภาชนะที่ปิดสนิท เช่น กระป๋องซึ่งมีเนื้อหาไม่เปลี่ยนแปลง แต่สูญเสียความร้อนด้วยสภาพอากาศกระจายไปในอากาศรอบๆ
- ระบบที่แยกออกมา ที่ไม่แลกเปลี่ยนพลังงานหรือเรื่องกับสิ่งแวดล้อมในระดับหนึ่ง แน่นอนว่าไม่มีระบบฉนวนที่สมบูรณ์แบบ แต่มีในระดับหนึ่ง: กระติกน้ำร้อนที่ประกอบด้วย น้ำ ร้อนจะเก็บอุณหภูมิไว้ชั่วขณะหนึ่ง เพียงพอที่จะเก็บเป็นฉนวนได้ชั่วขณะหนึ่ง
กฎของอุณหพลศาสตร์
"กฎศูนย์" แสดงอย่างมีเหตุผลดังนี้: ถ้า A = C และ B = C แล้ว A = B
อุณหพลศาสตร์ถูกควบคุมโดยสิ่งที่กำหนดไว้ในหลักการหรือกฎหมายพื้นฐานสี่ประการซึ่งกำหนดขึ้นโดยนักวิทยาศาสตร์หลายคนตลอดประวัติศาสตร์ของสิ่งนี้ การลงโทษ. หลักการหรือกฎหมายดังกล่าวคือ:
- หลักการแรกหรือ กฎการอนุรักษ์พลังงาน. โดยระบุว่าปริมาณพลังงานทั้งหมดในระบบทางกายภาพใดๆ ที่แยกได้จากสภาพแวดล้อมนั้นจะเท่ากันเสมอ แม้ว่าจะสามารถเปลี่ยนจากพลังงานรูปแบบหนึ่งไปเป็นพลังงานต่างๆ ได้มากมาย พูดให้น้อยลง: "พลังงานไม่สามารถสร้างหรือทำลายได้ มีแต่เปลี่ยนรูป"
- หลักการที่สามหรือกฎของ Absolute Zero มันบอกว่าเอนโทรปีของระบบที่ถูกทำให้เป็นศูนย์สัมบูรณ์จะเป็นค่าคงที่ที่แน่นอนเสมอ ซึ่งหมายความว่าเมื่อถึงศูนย์สัมบูรณ์ (-273.15 ° C หรือ 0 K) กระบวนการของระบบทางกายภาพจะหยุดลงและเอนโทรปีมีค่าต่ำสุดคงที่
- หลักการศูนย์หรือกฎสมดุลความร้อน เรียกว่า "กฎศูนย์" เพราะถึงแม้จะเป็นกฎข้อสุดท้ายที่บังคับใช้ แต่กฎพื้นฐานและกฎพื้นฐานที่บัญญัติไว้มีความสำคัญเหนือกฎอีกสามข้อที่เหลือ มันบอกว่า “ถ้าสองระบบอยู่ใน สมดุลความร้อน ด้วยระบบที่สามอย่างอิสระพวกเขาจะต้องอยู่ในสมดุลความร้อนซึ่งกันและกัน”
อุณหพลศาสตร์เคมี
อุณหพลศาสตร์เคมีเป็นสาขาวิชาที่แยกจากกัน โดยเน้นที่ความสัมพันธ์ระหว่างความร้อนกับงาน และ ปฏิกริยาเคมีทั้งหมดอยู่ในกรอบที่กำหนดไว้โดยหลักการทางเทอร์โมไดนามิกส์ กล่าวคือเป็นการนำกฎเทอร์โมไดนามิกส์มาประยุกต์ใช้ โดยเฉพาะสองข้อแรก กับโลกแห่งปฏิกิริยาระหว่างสารและ สารประกอบเพื่อให้ได้มาซึ่งสิ่งที่เรียกว่า "สมการกิบส์พื้นฐาน" ซึ่งควบคุมวิธีการที่ พลังงานเคมี ที่มีอยู่ในสารประกอบต่าง ๆ เปลี่ยนแปลงและถูกส่งผ่านหรือระดับของเอนโทรปีของ จักรวาล ทุกครั้งที่เกิดปฏิกิริยาขึ้นเอง