Mi az a termodinamika? Ez a fizika egyik ága, amely a makroszkopikus rendszerek tulajdonságainak tanulmányozásával foglalkozik. Ugyanakkor az energia átalakításának és átvitelének módszerei is a vizsgálat tárgyát képezik. A termodinamika a fizika egyik ága, amely a rendszerekben végbemenő folyamatokat és azok állapotait vizsgálja. Majd beszélünk arról, hogy mi van még azon a listán, amit tanulmányoz.
Definíció
Az alábbi képen láthat egy példát egy termogramra, amelyet egy kancsó forró víz tanulmányozása során kaptunk.
A termodinamika olyan tudomány, amely tapasztalati úton nyert általánosított tényekre támaszkodik. A termodinamikai rendszerekben lezajló folyamatokat makroszkopikus mennyiségek segítségével írjuk le. A listánk olyan paramétereket tartalmaz, mint a koncentráció, nyomás, hőmérséklet és hasonlók. Nyilvánvaló, hogy nem egyedi molekulákra vonatkoznak, hanem a rendszer általános formájának leírására redukálódnak (ellentétben például az elektrodinamikában használt mennyiségekkel).
A termodinamika a fizika olyan ága, amelynek szintén megvannak a maga törvényei. Ezek, mint a többi, általános jellegűek. A szerkezet konkrét részletei abármely más anyag, amelyet választottunk, nem lesz jelentős hatással a törvények természetére. Ezért mondják, hogy a fizikának ez az ága az egyik leginkább alkalmazható (vagy inkább sikeresen alkalmazott) tudomány és technológia.
Alkalmazás
A példák listája nagyon hosszú lehet. Számos termodinamikai törvényszerűségen alapuló megoldás található például a hőtechnika vagy a villamosenergia-ipar területén. A kémiai reakciók, fázisátalakulások, transzfer jelenségek leírásáról és megértéséről szólni sem kell. Bizonyos értelemben a termodinamika "együttműködik" a kvantumdinamikával. Érintkezésük köre a fekete lyukak jelenségének leírása.
Törvények
A fenti képen látható az egyik termodinamikai folyamat – a konvekció – lényege. Az anyag meleg rétegei felemelkednek, a hideg rétegek leereszkednek.
A törvények alternatív elnevezése, amelyet egyébként gyakran használnak, a termodinamika kezdete. A mai napig három van belőlük (plusz egy „nulla” vagy „általános”). Mielőtt azonban arról beszélnénk, hogy az egyes törvények mit takarnak, próbáljunk meg válaszolni arra a kérdésre, hogy mik a termodinamika alapelvei.
Ezek bizonyos posztulátumok halmaza, amelyek a makrorendszerekben előforduló folyamatok megértésének alapját képezik. A termodinamika alapelveinek előírásait kísérletek és tudományos kutatások egész soraként empirikusan állapították meg. Így van néhány bizonyítéklehetővé téve számunkra, hogy elfogadjuk a posztulátumokat anélkül, hogy kétségünk volna a pontosságukat illetően.
Vannak, akik csodálkoznak, hogy miért van szüksége a termodinamikának éppen ezekre a törvényekre. Nos, azt mondhatjuk, hogy használatuk szükségessége annak a ténynek köszönhető, hogy ebben a fizika részben a makroszkopikus paramétereket általánosságban írják le, anélkül, hogy utalnának azok mikroszkopikus jellegére vagy ugyanazon terv jellemzőire. Ez nem a termodinamika, hanem a statisztikai fizika területe, hogy pontosabban fogalmazzak. Egy másik fontos dolog az a tény, hogy a termodinamika alapelvei függetlenek egymástól. Vagyis a második közül az egyik nem fog működni.
Alkalmazás
A termodinamika alkalmazása, amint azt korábban említettük, sok irányban halad. Egyébként az egyik alapelvét veszik alapul, amelyet az energiamegmaradás törvénye formájában eltérően értelmeznek. A termodinamikai megoldásokat és posztulátumokat sikeresen alkalmazzák olyan iparágakban, mint az energiaipar, a biomedicina és a kémia. Itt a biológiai energiában széles körben alkalmazzák az energia megmaradás törvényét, valamint a termodinamikai folyamat valószínűségének és irányának törvényét. Ezzel együtt ott a három legelterjedtebb fogalom használatos, amelyekre a teljes mű és annak leírása épül. Ez egy termodinamikai rendszer, folyamat és folyamatfázis.
Folyamatok
A termodinamikai folyamatok összetettsége változó. Hét van belőlük. Általánosságban elmondható, hogy a folyamat ebben az esetben nem más, mint a makroszkopikus állapot megváltozásaamelyet a rendszer korábban adott. Meg kell érteni, hogy a feltételes kezdeti állapot és a végeredmény közötti különbség elhanyagolható lehet.
Ha végtelenül kicsi a különbség, akkor a lezajlott folyamatot nevezhetjük eleminek. Ha folyamatokat tárgyalunk, akkor további feltételek megemlítéséhez kell folyamodnunk. Ezek egyike a „dolgozó szerv”. A munkaközeg olyan rendszer, amelyben egy vagy több hőfolyamat megy végbe.
A folyamatokat hagyományosan nem egyensúlyi és egyensúlyi folyamatokra osztják. Ez utóbbi esetében minden állapot, amelyen a termodinamikai rendszernek át kell haladnia, rendre nem egyensúlyi állapot. Gyakran az állapotok változása ilyenkor gyors ütemben megy végbe. De az egyensúlyi folyamatok közel állnak a kvázistatikus folyamatokhoz. Ezekben a változások egy nagyságrenddel lassabbak.
A termodinamikai rendszerekben végbemenő hőfolyamatok reverzibilisek és irreverzibilisek egyaránt lehetnek. A lényeg megértése érdekében ábrázolásunkban osszuk fel a cselekvések sorozatát bizonyos intervallumokra. Ha ugyanezt a folyamatot fordítva is meg tudjuk csinálni ugyanazokkal az "útállomásokkal", akkor azt reverzibilisnek nevezhetjük. Ellenkező esetben nem fog működni.
