Co je termodynamika:
Termodynamika je odvětví fyziky, které studuje vztah mezi teplem, aplikovanou silou (také známou jako práce) a přenosem energie.
Slovo termodynamika pochází z řeckých kořenů θερμο- (termo-), což znamená „teplo“ a δυναμικός (dynamikós), což zase pochází z δύναμις (dýnamis), což znamená „síla“ nebo „síla“.
Termodynamické procesy jsou určovány třemi základními zákony.
- První zákon nám umožňuje pochopit, jak se šetří energie.
- Druhý zákon se používá k poznání podmínek nutných pro přenos energie.
- Třetí zákon slouží k poznání chování systémů v rovnováze.
Porozumění termodynamickým procesům je důležité v oblastech, jako je průmyslové inženýrství, kde je zapotřebí velké množství energie k provozu více strojů.
Zákony termodynamiky nám také umožňují porozumět fungování systémů v oblastech, jako je biochemie, kosmologie a genetika.
Zákony termodynamiky
V termodynamice existují tři zákony, které vysvětlují, jak teplo a energie fungují a jsou přenášeny. Níže je podrobně vysvětlíme.
První zákon termodynamiky
První zákon se zabývá ochranou energie: energie se ani nevytváří, ani nezničí, pouze se transformuje. Například:
- Solární energie se transformuje na elektrickou energii pro čerpací stanici.
- Tuto elektrickou energii lze použít k nabití baterie elektromobilu.
- Elektromobil je schopen přeměnit nahromaděnou energii na výtlak.
Energie je proto vždy v pohybu.
Zjednodušený vzorec by byl následující:
Druhý zákon termodynamiky
Druhý zákon termodynamiky umožňuje určit dvě věci:
- Směr, ve kterém dochází k přenosu energie.
- Podmínky, které jsou nezbytné pro obrácení procesu.
Odtud se dozvídáme, že existují reverzibilní a nevratné procesy.
Například kuchyňská sůl se spontánně mísí s vodou prostřednictvím procesu zvaného ředění. Tento proces uvolňuje teplo.
Aby se tento proces zvrátil a aby se znovu vytvořily krystaly soli, je třeba použít teplo, které umožňuje vodě odpařovat se a oddělit ji od soli. Systém absorbuje teplo.
Zjednodušený vzorec by byl následující:
Třetí zákon termodynamiky
Třetí zákon termodynamiky kombinuje dva předchozí zákony a aplikuje je na systémy v absolutní rovnováze. V tomto stavu je minimální výměna energie a maximální stupeň poruchy (nebo entropie).
Třetí zákon se vztahuje na uzavřené systémy. Tyto typy systémů lze vidět pouze v teoretické fyzice a chemii.
Zjednodušený vzorec by byl tento:
Typy systémů v termodynamice
Abychom porozuměli zákonům termodynamiky, je nejprve důležité znát typy systémů, které existují, a jejich chování.
Všechno kolem nás je tvořeno systémy a většina systémů, které známe, si vyměňuje energii. Systémy jsou rozděleny do tří typů: otevřené, uzavřené a izolované.
- Otevřené systémy: vyměňují energii a hmotu s vnějškem (například ohněm).
- Uzavřené systémy: vyměňují si energii pouze s vnějškem (například mobilním telefonem).
- Izolované systémy: Nevyměňují hmotu ani energii (jsou pouze teoretické).
Zatímco první a druhý zákon termodynamiky platí pro otevřené a uzavřené systémy, třetí zákon platí pro izolované systémy.
Stav systému
Existují dva základní stavy, ve kterých lze systémy (bez ohledu na jejich typ) nalézt.
- Aktivní systémy: pokud dochází k výměně energie, říká se, že systém je aktivní.
- Systémy v klidu nebo rovnováze: pokud nedochází k výměně energie, považuje se systém za klidový nebo v rovnováze.
Teplo a přenos tepla v termodynamice
Podle fyziky je teplo tok energie, který existuje při kontaktu dvou systémů s různými teplotami. Tepelné rovnováhy je dosaženo, když všechny zapojené systémy dosáhnou stejné teploty.
Pokud jsou v termodynamických systémech dva z nich v rovnováze s třetím systémem, pak jsou také navzájem v rovnováze. Proto při dosažení rovnováhy je teplota konstantní.
