Закони термодинаміки
Термодинаміка - розділ фізики, в рамках якого вивчається взаємне перетворення теплоти в рух і навпаки. Будучи досить великим розділом, дана частина прикладної фізики ділиться на кілька різних підрозділів, до яких відносяться:
- Основні закони термодинаміки.
- Фазові переходи і термодинамічні процеси.
- Термодинамічні цикли та ін.
Фактично закони термодинаміки - не тільки її підрозділ, але також і постулати, базис, що лежить в основі досліджуваного розділу фізики. Всього виділяють три термодинамічних початку.
Розглянемо їх детальніше.
1. Перший закон або закон термодинаміки. Спершу пригадаємо про те, що енергія постійно переходить з одного виду в інший. Перетворюючись, в залежності від умов, з кінетичної в потенційну і назад, енергія з системи не йде. Однак нескладний приклад з маятником, якому надали прискорення, ставить під сумнів цю теорію. Перебуваючи в русі, маятник має кінетичну енергію, в крайніх точках амплітуди - потенційну. Теоретично такий рух не повинно мати кінця і краю, тобто бути нескінченним. На практиці ж ми бачимо, що руху поступово згасають, маятник зупиняє свій хід. Відбувається це за рахунок опору повітря, яке обумовлює силу тертя при русі. В результаті та енергія, що мала надавати маятнику прискорення, витрачається на подолання повітряного перешкоди. Як наслідок, утворюється теплота. Згідно дослідам учених, температура підвісу і навколишнього середовища підвищується за рахунок хаотичного руху молекул речовини маятника і повітря.
власне, перший закон термодинаміки більш відомий як Закон збереження енергії. Його суть в тому, що енергія в системі не зникає, а лише перетворюється з одного виду в інший і переходить з однієї форми в іншу.
Вперше подібне спостереження було описано в середині ХІХ ст. К. Мором. Він зазначив, що енергія може переходити в інші стани: теплота, електрика, рух, магнетизм і т. Д. Однак сформульований Закон був тільки в 1847 Г. Гельмгольцем, а в ХХ ст. йому було присвоєно відома формула E = mc2, яка також включала в себе висновки А. Ейнштейна.
2. Другий закон або закон термодинаміки. Сформований в 1850 р вченим Р. Клаузиусом, він полягає в наступному спостереженні: внутрішній розподіл енергії в закритій системі змінюється хаотично таким чином, що корисна енергія зменшується, внаслідок чого збільшується ентропія.
3. Третій закон або початок термодинаміки. Маючи на увазі уявлення про те, що теплота є безладне і хаотичний рух молекул, можна зробити висновок, що охолоджуюча система тягне за собою зниження їх рухової активності. Ентропія дорівнює нулю в тому випадку, коли будь-яке хаотичний рух молекул повністю зупинено.
Абсолютне значення ентропії речовини можна обчислити, знаючи його теплоємність при абсолютному нулі. В. Нернстом шляхом довгих і численних досліджень було виявлено, що всі кристалічні речовини мають однакову теплоємністю: при абсолютному нулі і вона дорівнює нулю. Цей висновок є третій закон термодинаміки. Знаючи цей факт, можна порівнювати ентропію різних матеріалів при змінах температури.
Існує також так званий нульовий закон термодинаміки, заключается він в наступному: теплота від нагрітої частини ізольованої системи поширюється на всі її елементи. Таким чином, з часом температура в рамках однієї системи вирівнюється.
Закони термодинаміки - це базові складові науки про механіку. Завдяки висновків, досконалим в різний час, сучасна наука і суспільство збагатилися за рахунок винаходу більшості машин.
Закони термодинаміки універсальні для всіх розділів механіки.
