Što je termodinamika:
Termodinamika je grana fizike koja proučava odnos između topline, primijenjene sile (poznate i kao rad) i prijenosa energije.
Riječ termodinamika dolazi od grčkih korijena θερμο- (termo-) što znači "toplina", i δυναμικός (dynamikós), što pak proizlazi iz δύναμις (dinam), što znači "snaga" ili "snaga".
Termodinamički procesi određeni su s tri osnovna zakona.
- Prvi zakon omogućuje nam da shvatimo kako se energija čuva.
- Drugi zakon koristi se za poznavanje uvjeta neophodnih za prijenos energije.
- Treći zakon služi za poznavanje ponašanja sustava u ravnoteži.
Razumijevanje termodinamičkih procesa važno je u područjima poput industrijskog inženjerstva gdje se za pokretanje više strojeva treba koristiti velike količine energije.
Zakoni termodinamike također nam omogućuju razumijevanje funkcioniranja sustava u područjima kao što su biokemija, kozmologija i genetika.
Zakoni termodinamike
U termodinamici postoje tri zakona koja objašnjavaju kako toplina i energija djeluju i prenose se. Detaljno ćemo ih objasniti u nastavku.
Prvi zakon termodinamike
Prvi se zakon bavi očuvanjem energije: energija se niti stvara niti uništava, već se samo transformira. Na primjer:
- Solarna energija pretvara se u električnu energiju za servis.
- Ta električna energija može se koristiti za punjenje baterije električnog automobila.
- Električni automobil sposoban je pretvoriti akumuliranu energiju u istiskivanje.
Energija je, dakle, uvijek u pokretu.
Pojednostavljena formula bila bi sljedeća:
Drugi zakon termodinamike
Drugi zakon termodinamike omogućuje utvrđivanje dviju stvari:
- Smjer u kojem se događa prijenos energije.
- Uvjeti koji su neophodni da bi se proces preokrenuo.
Odavde saznajemo da postoje reverzibilni i nepovratni procesi.
Na primjer, kuhinjska sol spontano se miješa s vodom kroz postupak koji se naziva razrjeđivanje. Ovaj postupak oslobađa toplinu.
Da bi se taj proces preokrenuo i ponovno stvorili kristali soli, mora se primijeniti toplina koja omogućuje da voda ispari i odvoji je od soli. Sustav apsorbira toplinu.
Pojednostavljena formula bila bi sljedeća:
Treći zakon termodinamike
Treći zakon termodinamike kombinira dva prethodna zakona i primjenjuje ih na sustave u apsolutnoj ravnoteži. U ovom stanju postoji minimalna izmjena energije i maksimalan stupanj poremećaja (ili entropije).
Treći se zakon primjenjuje na zatvorene sustave. Ovakve vrste sustava vide se samo u teorijskoj fizici i kemiji.
Pojednostavljena formula bila bi sljedeća:
Vrste sustava u termodinamici
Da bismo razumjeli zakone termodinamike, prvo je važno znati vrste sustava koji postoje i njihovo ponašanje.
Sve oko nas čine sustavi, a većina sustava koje poznajemo razmjenjuju energiju. Sustavi se klasificiraju u tri vrste: otvoreni, zatvoreni i izolirani.
- Otvoreni sustavi: izmjenjuju energiju i materiju s vanjskom (na primjer, krijes).
- Zatvoreni sustavi: energiju razmjenjuju samo s vanjskom stranom (na primjer, mobitelom).
- Izolirani sustavi: Oni ne razmjenjuju materiju ili energiju (oni su samo teoretski).
Dok se prvi i drugi zakon termodinamike primjenjuju na otvorene i zatvorene sustave, treći zakon odnosi se na izolirane sustave.
Stanje sustava
Dva su temeljna stanja u kojima se mogu pronaći sustavi (bez obzira na njihov tip).
- Aktivni sustavi: ako postoji razmjena energije, kaže se da je sustav aktivan.
- Sustavi u mirovanju ili ravnoteži: ako nema izmjene energije, smatra se da sustav miruje ili je u ravnoteži.
Prijenos topline i topline u termodinamici
Prema fizici, toplina je protok energije koji postoji kad dva sustava različitih temperatura dođu u kontakt. Toplinska ravnoteža postiže se kada svi uključeni sustavi dosegnu istu temperaturu.
U termodinamičkim sustavima ako su dva od njih u ravnoteži s trećim sustavom, tada su i oni u ravnoteži jedni s drugima. Stoga je pri postizanju ravnoteže temperatura konstanta.
