Hva er termodynamikk:
Termodynamikk er grenen av fysikk som studerer forholdet mellom varme, påført kraft (også kjent som arbeid) og energioverføring.
Ordet termodynamikk kommer fra de greske røttene θερμο- (termo-) som betyr 'varme', og δυναμικός (dynamikós), som igjen stammer fra δύναμις (dýnamis), som betyr 'styrke' eller 'kraft'.
Termodynamiske prosesser bestemmes av tre grunnleggende lover.
- Den første loven tillater oss å forstå hvordan energien er bevart.
- Den andre loven brukes til å kjenne betingelsene som er nødvendige for at overføring av energi skal skje.
- Den tredje loven tjener til å kjenne oppførselen til systemer i likevekt.
Å forstå termodynamiske prosesser er viktig i områder som industriell ingeniørfag hvor store mengder energi må brukes til å kjøre flere maskiner.
Lovene om termodynamikk tillater oss også å forstå funksjonene til systemer innen områder som biokjemi, kosmologi og genetikk.
Lov om termodynamikk
Det er tre lover i termodynamikk som forklarer hvordan varme og energi fungerer og overføres. Vi vil forklare dem i detalj nedenfor.
Første lov om termodynamikk
Den første loven handler om bevaring av energi: energi blir ikke skapt eller ødelagt, den blir bare transformert. For eksempel:
- Solenergi blir omgjort til elektrisk energi for en bensinstasjon.
- At elektrisk energi kan brukes til å lade batteriet i elbilen.
- Elbilen er i stand til å konvertere akkumulert energi til fortrengning.
Energi er derfor alltid på farta.
Den forenklede formelen vil være følgende:
Andre lov om termodynamikk
Den andre loven om termodynamikk gjør det mulig å bestemme to ting:
- Retningen energioverføring skjer i.
- Forholdene som er nødvendige for at prosessen skal reverseres.
Herfra lærer vi at det er reversible og irreversible prosesser.
For eksempel blandes bordsalt spontant med vann gjennom en prosess som kalles fortynning. Denne prosessen frigjør varme.
For å reversere denne prosessen og omforme saltkrystaller, må det påføres varme som gjør at vannet kan fordampe og skille det fra saltet. Systemet absorberer varme.
Den forenklede formelen vil være følgende:
Tredje lov om termodynamikk
Den tredje loven om termodynamikk kombinerer de to tidligere lovene og bruker dem på systemer i absolutt likevekt. I denne tilstanden er det et minimum av energiutveksling og en maksimal grad av uorden (eller entropi).
Den tredje loven brukes på lukkede systemer. Disse typer systemer sees bare i teoretisk fysikk og kjemi.
Den forenklede formelen vil være denne:
Typer av systemer i termodynamikk
For å forstå termodynamikkens lover er det først viktig å vite hvilke typer systemer som finnes og deres oppførsel.
Alt rundt oss består av systemer, og de fleste av systemene vi vet utveksler energi. Systemer er klassifisert i tre typer: åpne, lukkede og isolerte.
- Åpne systemer: de utveksler energi og materie med utsiden (for eksempel et bål).
- Lukkede systemer: de utveksler bare energi med utsiden (for eksempel en mobiltelefon).
- Isolerte systemer: De bytter ikke materie eller energi (de er bare teoretiske).
Mens termodynamikkens første og andre lover gjelder åpne og lukkede systemer, gjelder den tredje loven isolerte systemer.
Et systems tilstand
Det er to grunnleggende tilstander der systemer (uavhengig av type) kan bli funnet.
- Aktive systemer: hvis det er en energiutveksling, sies det at systemet er aktivt.
- Systemer i ro eller likevekt: hvis det ikke er energiutveksling, anses systemet å være i ro eller i likevekt.
Varme og varmeoverføring i termodynamikk
I følge fysikk er varme strømmen av energi som eksisterer når to systemer med forskjellige temperaturer kommer i kontakt. Termisk likevekt oppnås når alle involverte systemer når samme temperatur.
I termodynamiske systemer hvis to av dem er i likevekt med et tredje system, så er de også i likevekt med hverandre. Derfor, når du når likevekt, er temperaturen konstant.
