Kas yra termodinamika? Tai fizikos šaka, nagrinėjanti makroskopinių sistemų savybes. Tuo pačiu metu tiriami ir energijos konvertavimo bei jos perdavimo būdai. Termodinamika – fizikos šaka, tirianti sistemose vykstančius procesus ir jų būsenas. Pakalbėsime apie tai, kas dar yra jos studijuojamų dalykų sąraše.
Apibrėžimas
Žemiau esančiame paveikslėlyje galite pamatyti termogramos, gautos tiriant karšto vandens ąsotį, pavyzdį.
Termodinamika yra mokslas, kuris remiasi apibendrintais faktais, gautais empiriškai. Termodinaminėse sistemose vykstantys procesai aprašomi naudojant makroskopinius dydžius. Jų sąraše yra tokie parametrai kaip koncentracija, slėgis, temperatūra ir panašiai. Akivaizdu, kad jie netaikomi atskiroms molekulėms, o sumažinami iki sistemos aprašymo bendra forma (priešingai nei, pavyzdžiui, elektrodinamikos dydžiai).
Termodinamika yra fizikos šaka, kuri taip pat turi savo dėsnius. Jie, kaip ir kiti, yra bendro pobūdžio. Konkrečios a struktūros detalėsbet kokia kita mūsų pasirinkta medžiaga neturės didelės įtakos įstatymų pobūdžiui. Štai kodėl jie sako, kad ši fizikos šaka yra viena iš labiausiai pritaikomų (tiksliau, sėkmingai taikomų) moksle ir technikoje.
Programa
Pavyzdžių sąrašas gali būti labai ilgas. Pavyzdžiui, daug termodinaminiais dėsniais pagrįstų sprendimų galima rasti šiluminės inžinerijos ar elektros energetikos srityje. Apie cheminių reakcijų, fazių virsmų, perdavimo reiškinių apibūdinimą ir supratimą kalbėti nereikia. Tam tikra prasme termodinamika „bendradarbiauja“su kvantine dinamika. Jų kontakto sfera yra juodųjų skylių reiškinio aprašymas.
Įstatymai
Aukščiau pateiktame paveikslėlyje parodyta vieno iš termodinaminių procesų – konvekcijos – esmė. Šilti medžiagos sluoksniai kyla aukštyn, š alti sluoksniai krinta žemyn.
Alternatyvus dėsnių pavadinimas, kuris, beje, dažniausiai vartojamas, yra termodinamikos pradžia. Iki šiol jų yra trys (plius vienas „nulis“arba „bendrasis“). Tačiau prieš kalbėdami apie tai, ką reiškia kiekvienas iš dėsnių, pabandykime atsakyti į klausimą, kokie yra termodinamikos principai.
Jie yra tam tikrų postulatų rinkinys, kuris sudaro pagrindą suprasti makrosistemose vykstančius procesus. Termodinamikos principų nuostatos buvo nustatytos empiriškai, atlikus visą eilę eksperimentų ir mokslinių tyrimų. Taigi yra keletas įrodymųleidžia mums priimti postulatus be jokios abejonės dėl jų tikslumo.
Kai kurie žmonės stebisi, kodėl termodinamikai reikalingi būtent šie dėsniai. Na, galima sakyti, kad juos naudoti reikia dėl to, kad šioje fizikos dalyje makroskopiniai parametrai aprašomi bendrai, nemanant jų mikroskopiškumo ar to paties plano ypatybių. Tiksliau tariant, tai ne termodinamikos, o statistinės fizikos sritis. Kitas svarbus dalykas yra tai, kad termodinamikos principai yra nepriklausomi vienas nuo kito. Tai yra, vienas iš antrųjų neveiks.
Programa
Kaip minėta anksčiau, termodinamika taikoma įvairiomis kryptimis. Beje, kaip pagrindas imamas vienas iš jos principų, kuris skirtingai interpretuojamas energijos tvermės dėsnio pavidalu. Termodinamikos sprendimai ir postulatai sėkmingai diegiami tokiose pramonės šakose kaip energetika, biomedicina, chemija. Čia biologinėje energijoje plačiai taikomas energijos tvermės dėsnis bei termodinaminio proceso tikimybės ir krypties dėsnis. Be to, čia vartojamos trys dažniausiai pasitaikančios sąvokos, kuriomis remiasi visas kūrinys ir jo aprašymas. Tai termodinaminė sistema, procesas ir proceso fazė.
Procesai
Termodinamikos procesai yra įvairaus sudėtingumo. Jų yra septyni. Apskritai, procesas šiuo atveju turėtų būti suprantamas kaip ne kas kita, kaip makroskopinės būsenos pasikeitimaskuri sistemai buvo suteikta anksčiau. Reikėtų suprasti, kad skirtumas tarp sąlyginės pradinės būsenos ir galutinio rezultato gali būti nereikšmingas.
Jei skirtumas be galo mažas, tai įvykusį procesą galime vadinti elementariu. Jei aptarsime procesus, teks griebtis papildomų terminų paminėjimo. Vienas iš jų yra „darbo kūnas“. Darbinis skystis yra sistema, kurioje vyksta vienas ar keli terminiai procesai.
Procesai sutartinai skirstomi į nepusiausvyrinius ir pusiausvyrinius. Pastarojo atveju visos būsenos, per kurias turi praeiti termodinaminė sistema, yra atitinkamai nepusiausvyros. Dažnai būsenų kaita tokiais atvejais vyksta sparčiais tempais. Tačiau pusiausvyros procesai yra artimi kvazistatiniams. Juose pokyčiai yra lėtesni.
Šiluminiai procesai, vykstantys termodinaminėse sistemose, gali būti grįžtami ir negrįžtami. Kad suprastume esmę, savo vaizde suskirstykime veiksmų seką į tam tikrus intervalus. Jei tą patį procesą galime atlikti atvirkštine tvarka su tomis pačiomis „tarpinėmis stotimis“, tai jį galima pavadinti grįžtamuoju. Priešingu atveju tai neveiks.
