zasady termodynamiki, Fizyka, Słowniczek praw i zasad fizyki, Zasady fizyki
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
zasady termodynamiki
Patrz
termodynamika
Dział fizyki zajmujący się badaniem praw rządzących przemianą energii z jednej postaci
w inną, kierunkiem przepływu energii i możliwościami używania energii do wykonywania
pracy. Jest ona oparta na koncepcji zakładającej, że w układzie odosobnionym, leżącym
w dowolnej części Wszechświata, istnieje mierzalna ilość energii, zwana energią
wewnętrzną
U
układu. Jest to całkowita energia kinetyczna i potencjalna atomów
i cząsteczek różnego rodzaju, tworzących układ, którą można przekazać w postaci
ciepła; nie obejmuje ona zatem energii chemicznej i jądrowej. Wartość
U
może ulec
zmianie, jeśli układ przestaje być odosobniony. W tych okolicznościach
U
może
zmienić się dzięki przypływowi masy do układu lub jej odpływowi z układu, przepływowi
energii na sposób ciepła
Q
z lub do układu albo dzięki przekazaniu energii na sposób
pracy
W
wykonanej nad układem lub przez niego. Dla układu adiabatycznego (
Q
= 0)
o stałej masie zachodzi D
U = W
. Zgodnie z ogólnie przyjętą konwencją
W
uważa się
za dodatnie, jeśli praca została wykonana nad układem, a za ujemne, jeśli praca została
wykonana przez układ. Dla układów nieadiabatycznych o stałej masie mamy
D
U = Q + W
. Związek ten, równoważny zasadzie zachowania energii, jest znany jako
pierwsza zasada termodynamiki
.
Wszystkie procesy naturalne spełniają tę zasadę, ale nie wszystkie procesy, które ją
spełniają, mogą zachodzić w przyrodzie. Większość procesów naturalnych to procesy
nieodwracalne, tj. mogą one zachodzić tylko w jednym kierunku. Kierunek, w którym
mogą przebiegać procesy naturalne, stanowi treść
drugiej zasady termodynamiki
, którą
można sformułować na wiele sposobów. Rudolf Emanuel Clausius (1822–88)
sformułował ją na dwa sposoby: „ciało nie może przekazywać ciepła innemu ciału
o wyższej temperaturze bez wywołania innych zmian w układzie lub otoczeniu”
oraz „entropia układu zamkniętego rośnie z upływem czasu”. Twierdzenia te
wprowadzają termodynamiczne koncepcje temperatury
T
i entropii
S
; obie te wielkości są
funkcjami stanu określającymi kierunek, w którym może przebiegać proces
nieodwracalny. Temperatura ciała lub układu określa, czy ciepło będzie przepływać
do niego, czy odpływać od niego; entropia ciała jest miarą niedostępności jego energii
dla zamiany na pracę. Tak więc
T
oraz
S
określają związek między
Q
oraz
W
,
występującymi w sformułowaniu pierwszej zasady. Związek ten jest zwykle uwzględniany
przez podawanie drugiej zasady w postaci D
U = T
D
S – W
.
Druga zasada dotyczy zmian entropii.
Trzecia zasada termodynamiki
określa
bezwzględną skalę wartości entropii mówiąc, że dla przemian zachodzących
w idealnych, krystalicznych ciałach stałych w temperaturze zera bezwzględnego zmiana
całkowitej entropii wynosi zero. Zasada ta umożliwia przypisywanie entropii wartości
bezwzględnych.
1
W termodynamice stosuje się jeszcze inną zasadę. Ponieważ jest ona fundamentalna
w stosunku do innych zasad termodynamiki, które zakładają, że jest ona spełniona,
znana jest jako
zerowa zasada termodynamiki
. Mówi ona, że jeśli dwa ciała są
w równowadze termicznej z trzecim, to wszystkie trzy ciała są względem siebie
w równowadze termicznej.
2
[ Pobierz całość w formacie PDF ]