อุณหพลศาสตร์: มันคืออะไร, แนวคิดพื้นฐาน, กฎหมาย

THE อุณหพลศาสตร์ เป็นพื้นที่ของฟิสิกส์ที่ศึกษาปรากฏการณ์ต่าง ๆ และระบบทางกายภาพที่ซับซ้อนซึ่งแลกเปลี่ยน ความร้อน, การเปลี่ยนแปลงของ พลังงาน และการแปรผันของอุณหภูมิ อุณหพลศาสตร์ถูกควบคุมโดย สี่กฎหมาย.เอนโทรปี, อุณหภูมิ ความร้อน และ ปริมาณ ที่ทำให้เราสามารถอธิบายระบบต่างๆ ผ่านตัวแปรต่างๆ เช่น แรงกดดัน ปริมาณ, อุณหภูมิ ความร้อน และ เอนโทรปี.

ดูด้วย: Calorimetry: สรุปสิ่งที่สำคัญที่สุดในพื้นที่นี้

พื้นฐานของอุณหพลศาสตร์

อุณหพลศาสตร์คือ a คำอธิบายทางสถิติของธรรมชาติผ่านมันเป็นไปได้ที่จะเข้าใจพฤติกรรมมหภาคของระบบที่มีหลายร่าง. เนื่องจากพื้นที่การศึกษานี้ค่อนข้างกว้าง จึงมีการนำเสนอแนวคิดพื้นฐานบางประการเพื่ออำนวยความสะดวกในการทำความเข้าใจกฎหมายที่กล่าวถึงด้านล่าง

อุณหพลศาสตร์ศึกษาการเปลี่ยนแปลงพลังงาน

• ระบบอุณหพลศาสตร์

ระบบอุณหพลศาสตร์คือ ภูมิภาคที่แตกต่าง ของพื้นที่ใกล้เคียงเนื่องจากมีลักษณะบางอย่าง บริเวณเหล่านี้สามารถแยกจากกันด้วยผนัง เยื่อบาง ๆ ตัวอย่างเช่น เป็นไปได้ที่จะพิจารณา แก๊ส ภายในบอลลูนเป็นระบบ

คำนิยาม ระบบปิดในทางกลับกัน ถูกจำกัดมากขึ้นเล็กน้อย ระบบปิดคือระบบที่ไม่แลกเปลี่ยนความร้อนหรือออกกำลังกายหรือรับ งาน ของเพื่อนบ้านของตน

ดูด้วย: แสงสีดำทำงานอย่างไรและใช้งานที่ไหนได้บ้าง?

• สภาวะทางอุณหพลศาสตร์

สถานะทางอุณหพลศาสตร์เกี่ยวข้องกับ a ชุดของตัวแปร ซึ่งสามารถนำมาใช้เพื่อ อธิบายเงื่อนไขของระบบ. สิ่งนี้ทำให้ผู้ทดลองอีกคนหนึ่งสามารถทำซ้ำเงื่อนไขเหล่านี้ได้ ตัวอย่างเช่น สถานะของระบบเป็นสัญลักษณ์ของสภาพของมัน ผ่านพารามิเตอร์ เช่น ความดัน, ปริมาณ, อุณหภูมิ. เมื่อระบบเกิดการเปลี่ยนแปลงของสภาวะทางอุณหพลศาสตร์ เรียกว่าผ่าน a การเปลี่ยนแปลง.

• สมดุลทางอุณหพลศาสตร์

สมดุลทางอุณหพลศาสตร์เป็นสภาวะที่ระบบไม่แสดงแนวโน้มต่อการเปลี่ยนแปลงใดๆ สภาวะทางอุณหพลศาสตร์ที่เกิดขึ้นเอง กล่าวคือ ระบบที่อยู่ในภาวะสมดุล อุณหพลศาสตร์ ไม่เปลี่ยนสถานะโดยธรรมชาติเว้นแต่เขาจะได้รับอิทธิพลจากสิ่งรอบตัว

แนวคิดเรื่องสมดุลทางอุณหพลศาสตร์ก็เป็นสิ่งสำคัญเช่นกันที่จะต้องเข้าใจแนวคิดของการเปลี่ยนแปลงแบบย้อนกลับและการเปลี่ยนแปลงที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ การแปลงร่างย้อนกลับได้ คือสิ่งที่เกิดขึ้นใกล้กับสถานการณ์ดุลยภาพ ในแง่นี้ ระบบที่กำลังอยู่ในระหว่างการเปลี่ยนแปลงการเปลี่ยนแปลงกลับคืนสู่สมดุลอย่างรวดเร็ว

การแปลงร่างกลับไม่ได้ คือสภาวะที่สภาวะสมดุลเข้าถึงได้น้อยลง ทำให้ทั้ง ระบบเปลี่ยนคุณลักษณะในลักษณะที่ไม่สามารถกลับคืนสู่สภาพได้อีกต่อไป ก่อนหน้า

• อุณหภูมิ

ให้เป็นไปตาม ทฤษฎีจลนศาสตร์ของก๊าซ gas, อุณหภูมิสามารถเข้าใจได้ว่า as การสำแดงด้วยตาเปล่า ของพลังงานจลน์ของอนุภาคที่เป็นส่วนประกอบของระบบเทอร์โมไดนามิกส์ อุณหภูมินี้จึงวัดค่า ระดับความปั่นป่วน. หน่วยวัดของมันคือเคลวิน (K)

ดูยัง:รังสีแกมมา: รังสีที่มาจากอวกาศและสามารถผ่านเข้าสู่ร่างกายมนุษย์ได้

• งานอุณหพลศาสตร์

งานทางอุณหพลศาสตร์คือ การแลกเปลี่ยนพลังงานระหว่างสองระบบเทอร์โมไดนามิกส์ เพราะการเคลื่อนตัวของพรมแดน ตัวอย่างเช่น เมื่อคุณให้ความร้อนกับแก๊สภายในลูกสูบกระบอกฉีดยา ณ จุดหนึ่ง แรงดันที่จ่ายโดยแก๊สจะมากพอที่จะดันลูกสูบ พลังงานนี้จึงอยู่ในรูปของ พลังงานกลถูกถ่ายโอนจากก๊าซไปยังตัวกลางภายนอก ทำให้อุณหภูมิและพลังงานภายในของก๊าซลดลง

กฎของอุณหพลศาสตร์

เทอร์โมไดนามิกส์มีสี่กฎและแต่ละกฎเกี่ยวข้องกับแนวคิดของ อุณหพลศาสตร์มาดูกันว่ากฎของเทอร์โมไดนามิกส์คืออะไรและกฎของเทอร์โมไดนามิกส์คืออะไร:กฎศูนย์ของอุณหพลศาสตร์

กฎศูนย์ของอุณหพลศาสตร์ระบุว่าร่างกายทั้งหมดใน ติดต่อความร้อน ถ่ายเทความร้อนกันจน สมดุลความร้อน. กฎศูนย์ของอุณหพลศาสตร์มักจะอธิบายในรูปของสามร่าง: A, B และ C

ตามคำอธิบายนี้ วัตถุ A, B และ C สัมผัสกับความร้อนเป็นเวลานาน ดังนั้นหากวัตถุ A อยู่ในสภาวะสมดุลทางความร้อนกับ ร่างกาย B ร่างกาย C จะอยู่ในสมดุลความร้อนกับวัตถุ A และ B ในกรณีนี้อุณหภูมิของ A, B และ C จะเท่ากันและจะไม่มีการแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่าง พวกเขา

"ร่างกายทั้งหมดแลกเปลี่ยนความร้อนซึ่งกันและกันจนกว่าจะถึงสภาวะสมดุลทางความร้อน"

• กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์

กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์เกี่ยวข้องกับ การอนุรักษ์ในพลังงาน. ตามกฎหมายนี้ พลังงานทั้งหมดที่ถ่ายโอนไปยังร่างกายสามารถสะสมในร่างกายได้ ในกรณีนี้ จะถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานภายใน พลังงานส่วนอื่นที่ถ่ายโอนไปยังร่างกายสามารถถ่ายโอนไปยังสภาพแวดล้อมได้ในรูปของงานหรือในรูปของความร้อน

สูตรที่ใช้อธิบายกฎข้อที่หนึ่งของเทอร์โมไดนามิกส์แสดงไว้ด้านล่าง โปรดตรวจสอบ:

"ความแปรผันของพลังงานภายในของระบบอุณหพลศาสตร์วัดจากความแตกต่างระหว่างปริมาณความร้อนที่ดูดซับกับปริมาณงานที่ทำหรือกับความร้อน"

• กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์

กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์เกี่ยวข้องกับปริมาณทางกายภาพที่เรียกว่า เอนโทรปีซึ่งเป็นหน่วยวัดจำนวนสถานะทางอุณหพลศาสตร์ของระบบ กล่าวอีกนัยหนึ่ง เอนโทรปีให้ การวัดความบังเอิญ หรือจากความไม่เป็นระเบียบของระบบ

• กฎข้อที่สามของอุณหพลศาสตร์

กฎข้อที่สามของอุณหพลศาสตร์เกี่ยวข้องกับขีดจำกัดล่างของอุณหภูมิ: o ศูนย์สัมบูรณ์. ตามกฎหมายนี้ ไม่มีทางที่ร่างกายจะไปถึง .ได้ อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์. นอกเหนือจากคำจำกัดความนี้ กฎหมายฉบับนี้ยังมีความหมายสำหรับ ประสิทธิภาพของเครื่องระบายความร้อนซึ่งไม่มีเงื่อนไขใดจะเท่ากับ 100%

โดย Rafael Hellerbrock
ครูฟิสิกส์