ترمودینامیک چیست؟ این شاخه ای از فیزیک است که به مطالعه خواص سیستم های ماکروسکوپی می پردازد. در عین حال، روش‌های تبدیل انرژی و روش‌های انتقال آن نیز تحت مطالعه قرار می‌گیرند. ترمودینامیک شاخه ای از فیزیک است که به بررسی فرآیندهای رخ داده در سیستم ها و حالات آنها می پردازد. ما در مورد چیزهای دیگری در لیست چیزهایی که او مطالعه می کند صحبت خواهیم کرد.
تعریف
در تصویر زیر می توانید نمونه ای از ترموگرام بدست آمده در هنگام مطالعه یک کوزه آب گرم را مشاهده کنید.
ترمودینامیک علمی است که بر حقایق تعمیم یافته به دست آمده به صورت تجربی تکیه دارد. فرآیندهای رخ داده در سیستم های ترمودینامیکی با استفاده از کمیت های ماکروسکوپی توصیف می شوند. لیست آنها شامل پارامترهایی مانند غلظت، فشار، دما و موارد مشابه است. واضح است که آنها برای مولکول های منفرد قابل استفاده نیستند، اما به توصیف سیستم در شکل کلی آن خلاصه می شوند (برخلاف آن دسته از مقادیری که برای مثال در الکترودینامیک استفاده می شود).
ترمودینامیک شاخه ای از فیزیک است که قوانین خاص خود را نیز دارد. آنها، مانند بقیه، ماهیت کلی دارند. جزئیات خاص ساختار aهر ماده دیگری که ما انتخاب کرده باشیم تأثیر قابل توجهی بر ماهیت قوانین نخواهد داشت. به همین دلیل است که می گویند این شاخه از فیزیک یکی از کاربردی ترین (یا بهتر است بگوییم، با موفقیت کاربردی ترین) در علم و فناوری است.
برنامه
فهرست نمونه ها می تواند بسیار طولانی باشد. به عنوان مثال، راه حل های بسیاری بر اساس قوانین ترمودینامیکی را می توان در زمینه مهندسی حرارتی یا صنعت برق یافت. نیازی به گفتن در مورد توصیف و درک واکنش های شیمیایی، انتقال فاز، پدیده های انتقال نیست. به نوعی ترمودینامیک با دینامیک کوانتومی "همکاری" می کند. کره تماس آنها توصیفی از پدیده سیاهچاله ها است.
قوانین
تصویر بالا ماهیت یکی از فرآیندهای ترمودینامیکی - همرفت را نشان می دهد. لایه‌های گرم ماده بالا می‌آیند، لایه‌های سرد فرو می‌روند.
یک نام جایگزین برای قوانین، که اتفاقاً اغلب استفاده می شود، آغاز ترمودینامیک است. تا به امروز، سه مورد از آنها وجود دارد (به علاوه یک "صفر"، یا "عمومی"). اما قبل از صحبت در مورد آنچه که هر یک از قوانین دلالت می کنند، بیایید سعی کنیم به این سوال پاسخ دهیم که اصول ترمودینامیک چیست.
آنها مجموعه ای از فرضیه های خاصی هستند که مبنای درک فرآیندهای رخ داده در کلان سیستم ها را تشکیل می دهند. مفاد اصول ترمودینامیک به صورت تجربی به عنوان یک سری آزمایشات و تحقیقات علمی انجام شد. بنابراین، برخی از شواهد وجود داردبه ما این امکان را می دهد که فرضیه ها را بدون تردید در مورد صحت آنها بپذیریم.
برخی از مردم تعجب می کنند که چرا ترمودینامیک به همین قوانین نیاز دارد. خب، می‌توان گفت لزوم استفاده از آنها به این دلیل است که در این بخش از فیزیک، پارامترهای ماکروسکوپی به صورت کلی توضیح داده می‌شوند، بدون اینکه اشاره‌ای به ذات میکروسکوپی آنها یا ویژگی‌های همان پلان در نظر گرفته شود. این رشته ترمودینامیک نیست، بلکه فیزیک آماری است. نکته مهم دیگر این واقعیت است که اصول ترمودینامیک مستقل از یکدیگر هستند. یعنی یکی از دومی ها کار نمی کند.
برنامه
کاربرد ترمودینامیک، همانطور که قبلا ذکر شد، در جهات مختلفی پیش می رود. ضمناً یکی از اصول آن مبنا قرار می گیرد که در قالب قانون بقای انرژی به طور متفاوتی تفسیر می شود. راه حل ها و فرضیه های ترمودینامیکی با موفقیت در صنایعی مانند صنعت انرژی، زیست پزشکی و شیمی اجرا می شوند. در اینجا در انرژی بیولوژیکی، قانون بقای انرژی و قانون احتمال و جهت فرآیند ترمودینامیکی به طور گسترده استفاده می شود. در کنار این، از سه مفهوم رایج در آنجا استفاده می شود که کل اثر و شرح آن بر اساس آن است. این یک سیستم ترمودینامیکی، فرآیند و فاز فرآیند است.
فرایندها
فرایندهای ترمودینامیک درجات مختلفی از پیچیدگی دارند. آنها هفت نفر هستند. به طور کلی، فرآیند در این مورد را باید چیزی بیش از تغییر در حالت ماکروسکوپی درک کردکه سیستم قبلا داده شده بود. باید درک کرد که تفاوت بین حالت اولیه شرطی و نتیجه نهایی می تواند ناچیز باشد.
اگر تفاوت بی نهایت کم باشد، می توانیم فرآیندی را که اتفاق افتاده است ابتدایی بنامیم. اگر در مورد فرآیندها بحث کنیم، باید به ذکر شرایط اضافی متوسل شویم. یکی از آنها "هیئت کار" است. سیال عامل سیستمی است که در آن یک یا چند فرآیند حرارتی انجام می شود.
فرایندها به طور معمول به دو دسته غیرتعادلی و غیرتعادلی تقسیم می شوند. در مورد دومی، تمام حالاتی که سیستم ترمودینامیکی باید از آن عبور کند، به ترتیب غیرتعادل هستند. اغلب، تغییر حالت ها در چنین مواردی با سرعتی سریع رخ می دهد. اما فرآیندهای تعادلی به فرآیندهای شبه استاتیک نزدیک هستند. در آنها، تغییرات مرتبه‌ای کندتر هستند.
فرایندهای حرارتی که در سیستم‌های ترمودینامیکی رخ می‌دهند می‌توانند هم برگشت‌پذیر و هم غیرقابل برگشت باشند. برای درک ماهیت، اجازه دهید توالی اعمال را به فواصل معینی در بازنمایی خود تقسیم کنیم. اگر بتوانیم همان فرآیند را به صورت معکوس با همان "ایستگاه های راه" انجام دهیم، می توان آن را برگشت پذیر نامید. در غیر این صورت کار نخواهد کرد.
