Termodynamika
Termodynamika jest dziedziną fizyki, która bada ruch ciepła pomiędzy różnymi obiektami. Termodynamika bada również zmiany ciśnienia i objętości obiektów. Gałąź matematyki zwana statystyką jest często wykorzystywana w termodynamice do badania ruchu cząstek.
Termodynamika jest przydatna, ponieważ pomaga nam zrozumieć, jak świat bardzo małych atomów łączy się ze światem wielkiej skali, który widzimy codziennie.
Termodynamika posiada również dwie główne gałęzie zwane klasyczną termodynamiką i termodynamiką statystyczną. Ważną ideą w termodynamice jest system termodynamiczny.
Przykładem systemu termodynamicznego jest cegła. Cegła składa się z wielu atomów, z których wszystkie mają swoje własne właściwości. Wszystkie systemy termodynamiczne mają dwa rodzaje właściwości, rozległe i intensywne. Dla cegły, obszerne właściwości są te, które otrzymujesz przez dodanie wszystkich atomów. Rzeczy takie jak objętość, energia, masa i ładunek są obszerne, ponieważ dwie z tej samej cegły razem wzięte mają dwa razy większą masę niż jedna cegła. Intensywne właściwości cegły to te, które otrzymujesz, patrząc na średnią dla wszystkich atomów. Rzeczy takie jak temperatura, ciśnienie i gęstość są intensywne, ponieważ dwie z tej samej cegły nadal mają taką samą temperaturę jak jedna cegła.
Prawa termodynamiki
Istnieją cztery prawa termodynamiki, które mówią o tym, jak energia może być przenoszona pomiędzy dwoma obiektami w postaci ciepła.
- Prawo zerowe termodynamiki
Jeżeli dwa systemy mają równy przepływ ciepła tam i z powrotem, a jeden z dwóch systemów ma równy przepływ ciepła tam i z powrotem z innym systemem, wszystkie trzy systemy mają równy przepływ ciepła ze sobą.
Wzrost energii w systemie jest taki sam, jak energia przekazywana do systemu w postaci ciepła lub pracy. Energia nie może być tworzona lub niszczona, a jedynie zmieniana. Ilość energii przekazanej do systemu jest taka sama jak ilość energii pobranej z otoczenia.
Biorąc pod uwagę, że para systemów stykających się z różnymi temperaturami, ciepło będzie płynąć od gorącego do zimnego, aż do wyrównania temperatury systemów.
- Trzecie prawo termodynamiki
Kiedy system ma temperaturę 0 kelwinów, absolutne zero (najniższa temperatura), entropia (energia, która nie może być wykorzystana do wykonania pracy) jest na 0.
Zastosowania termodynamiki
Wcześniej badano termodynamikę, aby usprawnić pracę silników parowych. Teraz pomysły z zakresu termodynamiki są wykorzystywane we wszystkim, od tworzenia silników do badania czarnych dziur.
Naukowcy używają termodynamiki z wielu powodów. Jednym z nich jest tworzenie lepszych silników i lodówek. Innym jest zrozumienie właściwości materiałów codziennego użytku tak, aby w przyszłości mogły one stać się silniejsze. Termodynamika jest również stosowana w chemii, aby wyjaśnić, które reakcje będą działać, a które nie (badanie to jest znane jako kinetyka chemiczna). Termodynamika jest potężna, ponieważ proste modele dla atomów dobrze sprawdzają się w wyjaśnianiu właściwości dużych systemów, takich jak cegły.
Powiązane strony
Pytania i odpowiedzi
P: Co to jest termodynamika?
A: Termodynamika jest dziedziną fizyki, która bada relacje pomiędzy ciepłem, temperaturą i energią.
P: Jak wykorzystuje się matematykę w termodynamice?
O: Matematyka, a w szczególności statystyka, jest często wykorzystywana w termodynamice do badania ruchu cząsteczek.
P: Jakie są niektóre zastosowania termodynamiki?
O: Termodynamika pomaga nam zrozumieć, jak świat bardzo małych atomów łączy się ze światem w dużej skali, który widzimy na co dzień. Ma ona dwie główne gałęzie zwane termodynamiką klasyczną i termodynamiką statystyczną.
P: Jaki jest przykład układu termodynamicznego?
O: Przykładem układu termodynamicznego jest cegła, która składa się z wielu atomów mających swoje własne właściwości.
P: Co to są właściwości ekstensywne?
O: Właściwości ekstensywne to takie, które otrzymuje się po zsumowaniu wszystkich atomów, jak objętość, energia, masa i ładunek, ponieważ dwie takie same cegły razem wzięte mają dwa razy większą masę niż jedna cegła.
P: Co to są właściwości intensywne?
O: Właściwości intensywne to takie, które otrzymuje się, patrząc na średnią dla wszystkich atomów, jak temperatura, ciśnienie i gęstość, ponieważ dwie takie same cegły mają nadal taką samą temperaturę jak jedna cegła.
