ה תֶרמוֹדִינָמִיקָה הוא תחום הפיזיקה החוקר מספר תופעות ומערכות פיזיקליות מורכבות בהן חילופי דברים חוֹם, טרנספורמציות של אֵנֶרְגִיָה ושינויים בטמפרטורה. התרמודינמיקה נשלטת על ידי ארבעחוקים.אנטרופיה, טמפרטורה, חום ו כרך המאפשרים לנו לתאר מערכות שונות באמצעות משתנים כגון לחץ, כרך, טמפרטורה, חום ו אנטרופיה.
ראה גם: קלורימטריה: סיכום מה החשוב ביותר בתחום זה
יסודות התרמודינמיקה
תרמודינמיקה היא א תיאור סטטיסטי של הטבע, באמצעותו ניתן להעלות על הדעת התנהגות מקרוסקופית של מערכות המכילות גופים רבים. מכיוון שתחום לימוד זה רחב למדי, יוצגו כמה מושגים בסיסיים במטרה להקל על הבנת החוקים שנדונו להלן.
מערכת תרמודינמית
מערכות תרמודינמיות הן אזורים מובחנים של שכונותיהם בגלל מאפיין כלשהו. אזורים אלה יכולים להיות מופרדים על ידי קירות, ממברנות, בין היתר, למשל, ניתן לשקול את גַז בתוך בלון כמערכת.
ההגדרה של מערכתסָגוּר, בתורו, קצת יותר מוגבל. מערכות סגורות הן כאלה שלא מחליפות חום או מתעמלות או מקבלות עֲבוֹדָה מהשכונות שלהם.
ראה גם: איך עובד אור שחור ואיפה אפשר להשתמש בו?
מצב תרמודינמי
המצב התרמודינמי נוגע לא סט משתנים שאפשר להשתמש בהם לתאר את תנאי המערכת. זה מאפשר שכפול של תנאים אלה על ידי נסיין אחר, למשל, במילים אחרות, מצב המערכת מסמל את מצבה, באמצעות פרמטרים כגון לַחַץ, כרך, טֶמפֶּרָטוּרָה. כאשר מערכת עוברת שינוי של המצב התרמודינמי, אנו אומרים שהיא עברה a טרנספורמציה.
שיווי משקל תרמודינמי
שיווי משקל תרמודינמי הוא המצב בו מערכת אינה מציגה מגמות כלשהן לשינוי. מצב תרמודינמי ספונטני, כלומר מערכת שנמצאת בשיווי משקל תרמודינמית אינו משנה את מצבו באופן ספונטניאלא אם כן הוא מושפע מסביבתו.
הרעיון של שיווי משקל תרמודינמי חשוב גם כדי להבין את הרעיון של טרנספורמציה הפיכה וטרנספורמציה בלתי הפיכה. טרנספורמציותהָפִיך הם אלה המתרחשים קרוב מאוד למצב שיווי המשקל, במובן זה, מערכת העוברת טרנספורמציה הפיכה חוזרת במהירות לשיווי משקל.
טרנספורמציותבלתי הפיך הם אלה בהם תנאי שיווי המשקל נגישים פחות ופחות, מה שהופך את השלם המערכת משנה את מאפייניה באופן שלא יתאפשר לה יותר לחזור למדינה קודם.
טֶמפֶּרָטוּרָה
על פי תיאוריה קינטית של גזים, ניתן להבין את הטמפרטורה כ- ביטוי מקרוסקופי של האנרגיה הקינטית של החלקיקים המרכיבים של מערכת תרמודינמית. לכן טמפרטורה זו מודדת את מידת תסיסה. יחידת המידה שלו היא הקלווין (K).
תראהגַם:קרני גמא: קרינה המגיעה מהחלל ומסוגלת לעבור בגוף האדם
עבודה תרמודינמית
העבודה התרמודינמית היא ה חילופי אנרגיה בין שתי מערכות תרמודינמיות בגלל תנועת גבולותיה. לדוגמא, כאשר אתה מחמם גז בתוך בוכנת המזרק, בשלב מסוים, הלחץ שמפעיל הגז מספיק גדול כדי לדחוף את הבוכנה. אנרגיה זו, אם כן, בצורה של א אנרגיה מכנית, מועבר מהגז למדיום החיצוני, מה שגורם לטמפרטורה ולאנרגיה הפנימית של הגז לרדת.
חוקי התרמודינמיקה
ישנם ארבעה חוקים של תרמודינמיקה וכל אחד מהם מתייחס למושג של תרמולוגיהבואו נבדוק מהם חוקי התרמודינמיקה ומה כל אחד מהם אומר:חוק אפס של תרמודינמיקה
החוק האפס של התרמודינמיקה קובע כי כל הגופים הנמצאים ב איש קשרתֶרמִי מעבירים חום זה לזה עד ש איזוןתֶרמִי. חוק האפס של התרמודינמיקה מוסבר בדרך כלל במונחים של שלושה גופים: A, B ו- C.
על פי הסבר זה, גופים A, B ו- C נמצאים במגע תרמי במשך זמן רב, כך שאם גוף A נמצא בשיווי משקל תרמי עם גוף B, גוף C יהיו בשיווי משקל תרמי עם גופים A ו- B, במקרה זה, הטמפרטורות של A, B ו- C יהיו שוות ולא יהיו עוד חילופי חום בין הֵם.
"כל הגופים מחליפים חום זה עם זה עד שמגיעים למצב שיווי המשקל התרמי."
החוק הראשון של התרמודינמיקה
החוק הראשון של התרמודינמיקה נוגע ל שימורבאֵנֶרְגִיָה. על פי חוק זה, ניתן לאחסן את כל האנרגיה המועברת לגוף בגוף עצמו, במקרה זה ולהפוך אותו לאנרגיה פנימית. את החלק האחר של האנרגיה המועבר לגוף ניתן להעביר לסביבה בצורה של עבודה או בצורה של חום.
הנוסחה המשמשת לתיאור החוק הראשון של התרמודינמיקה מוצגת להלן, בדוק זאת:
"השונות באנרגיה הפנימית של מערכת תרמודינמית נמדדת בהפרש בין כמות החום הנספגת על ידה לבין כמות העבודה שנעשית על ידה, או עליה."
החוק השני של התרמודינמיקה
החוק השני של התרמודינמיקה נוגע לכמות פיזית המכונה אנטרופיה, שהוא מדד למספר המצבים התרמודינמיים של מערכת, במילים אחרות, האנטרופיה נותנת a מדד לאקראיות או מחוסר ארגון של מערכת.
החוק השלישי של התרמודינמיקה
החוק השלישי של התרמודינמיקה נוגע לגבול התחתון של הטמפרטורה: o אפס מוחלט. על פי חוק זה, אין שום דרך שגוף יכול להגיע ל טמפרטורה אפסית מוחלטת. בנוסף להגדרה זו, לחוק זה יש גם השלכות על ביצועים של מכונות תרמיות, אשר בשום תנאי לא יכול להיות שווה ל- 100%.
מאת רפאל הלרברוק
מורה לפיזיקה