Legile termodinamicii

Ramura științei numită termodinamică se ocupă de sisteme care sunt capabile să transfere energia termică în cel puțin o altă formă de energie (mecanică, electrică etc.) sau în lucru. Legile termodinamicii au fost dezvoltate de-a lungul anilor ca fiind unele dintre cele mai fundamentale reguli care sunt respectate atunci când un sistem termodinamic trece printr-un fel de schimbare de energie.

Istoria termodinamicii

Istoria termodinamicii începe cu Otto von Guericke, care, în 1650, a construit prima pompă de vid din lume și a demonstrat un vid folosind emisferele sale din Magdeburg. Guericke a fost condus să facă un vid pentru a respinge presupunerea de multă vreme a lui Aristotel că „natura aberează un vid”. La scurt timp după Guericke, fizicianul și chimistul englez Robert Boyle aflase despre proiectele lui Guericke și, în 1656, în coordonare cu savantul englez Robert Hooke, a construit o pompă de aer. Folosind această pompă, Boyle și Hooke au observat o corelație între presiune, temperatură și volum. În timp, a fost formulată Legea lui Boyle, care afirmă că presiunea și volumul sunt invers proporționale. 

Consecințele legilor termodinamicii

Legile termodinamicii tind să fie destul de ușor de declarat și de înțeles ... atât de mult încât este ușor de subestimat impactul pe care îl au. Printre altele, ele pun constrângeri privind modul în care energia poate fi utilizată în univers. Ar fi foarte greu de subliniat cât de semnificativ este acest concept. Consecințele legilor termodinamicii afectează într-un fel aproape toate aspectele cercetării științifice.

Conceptele cheie pentru înțelegerea legilor termodinamicii

Pentru a înțelege legile termodinamicii, este esențial să înțelegeți alte concepte de termodinamică care se referă la ele.

• Prezentare generală a termodinamicii - o imagine de ansamblu asupra principiilor de bază ale domeniului termodinamicii
• Energie termică - o definiție de bază a energiei termice
• Temperatura - o definiție de bază a temperaturii
• Introducere în transferul de căldură - o explicație a diferitelor metode de transfer de căldură.
• Procesele termodinamice - legile termodinamicii se aplică mai ales proceselor termodinamice, când un sistem termodinamic trece printr-un fel de transfer energetic.

Dezvoltarea legilor termodinamicii

Studiul căldurii ca o formă distinctă de energie a început în aproximativ 1798, când Sir Benjamin Thompson (cunoscut și sub numele de Count Rumford), un inginer militar britanic, a observat că căldura poate fi generată proporțional cu cantitatea de muncă depusă ... un concept fundamental care ar deveni în cele din urmă o consecință a primei legi a termodinamicii.

Fizicianul francez Sadi Carnot a formulat pentru prima dată un principiu de bază al termodinamicii în 1824. Principiile pe care Carnot le-a folosit pentru a-și defini Ciclul Carnot motorul de căldură s-ar traduce în cele din urmă în a doua lege a termodinamicii de către fizicianul german Rudolf Clausius, care este, de asemenea, frecvent creditat cu formularea primei legi a termodinamicii.

O parte din motivul dezvoltării rapide a termodinamicii în secolul al XIX-lea a fost nevoia de a dezvolta motoare cu abur eficiente în timpul revoluției industriale.

Teoria cinetică și legile termodinamicii

Legile termodinamicii nu se referă în special la modul specific și de ce transferul de căldură, ceea ce are sens pentru legile care au fost formulate înainte de adoptarea completă a teoriei atomice. Ele tratează suma totală a tranzițiilor de energie și căldură în cadrul unui sistem și nu iau în considerare natura specifică a transferului de căldură la nivel atomic sau molecular.

Legea Zeroeth a Termodinamicii

Această lege zeroet este un fel de proprietate tranzitorie a echilibrului termic. Proprietatea tranzitivă a matematicii spune că dacă A = B și B = C, atunci A = C. Acelasi lucru este valabil și pentru sistemele termodinamice care sunt în echilibru termic.

O consecință a legii zeroet este ideea că măsurarea temperaturii are vreun sens. Pentru a măsura temperatura, trebuie să se atingă echilibrul termic între termometru în ansamblu, mercurul din interiorul termometrului și substanța măsurată. Aceasta, la rândul său, are ca rezultat să poată spune cu exactitate care este temperatura substanței.

Această lege a fost înțeleasă fără a fi explicită explicit în mare parte din istoria studiului termodinamicii și s-a realizat doar că era o lege în sine, la începutul secolului XX. Fizicianul britanic Ralph H. Fowler a inventat pentru prima dată termenul „lege zeroeth”, bazat pe credința că a fost mai fundamental chiar decât celelalte legi.

Prima lege a termodinamicii

Deși acest lucru poate părea complex, este o idee foarte simplă. Dacă adăugați căldură unui sistem, există doar două lucruri care pot fi făcute - schimbarea energiei interne a sistemului sau determinarea sistemului să funcționeze (sau, desigur, o combinație a celor două). Toată energia termică trebuie să intre în realizarea acestor lucruri.