Čo je termodynamika:
Termodynamika je odvetvie fyziky, ktoré skúma vzťah medzi teplom, aplikovanou silou (tiež známou ako práca) a prenosom energie.
Slovo termodynamika pochádza z gréckych koreňov θερμο- (termo-), čo znamená „teplo“, a δυναμικός (dynamikós), ktorá zase pochádza z δύναμις (dýnamis), čo znamená „sila“ alebo „sila“.
Termodynamické procesy určujú tri základné zákony.
- Prvý zákon nám umožňuje pochopiť, ako sa šetrí energiou.
- Druhý zákon slúži na poznanie podmienok nevyhnutných na to, aby došlo k prenosu energie.
- Tretí zákon slúži na poznanie správania systémov v rovnováhe.
Pochopenie termodynamických procesov je dôležité v oblastiach, ako je priemyselné inžinierstvo, kde je potrebné spotrebovať veľké množstvo energie na prevádzku viacerých strojov.
Zákony termodynamiky nám tiež umožňujú pochopiť fungovanie systémov v oblastiach ako biochémia, kozmológia a genetika.
Zákony termodynamiky
V termodynamike existujú tri zákony, ktoré vysvetľujú, ako funguje a prenáša teplo a energia. Ďalej ich podrobne vysvetlíme.
Prvý zákon termodynamiky
Prvý zákon sa zaoberá zachovaním energie: energia sa ani nevytvára, ani nezničí, iba sa transformuje. Napríklad:
- Slnečná energia sa transformuje na elektrickú energiu pre čerpaciu stanicu.
- Táto elektrická energia sa môže použiť na nabitie batérie elektromobilu.
- Elektromobil je schopný premieňať nahromadenú energiu na zdvihový objem.
Energia je preto stále v pohybe.
Zjednodušený vzorec by bol tento:
Druhý zákon termodynamiky
Druhý zákon termodynamiky umožňuje určiť dve veci:
- Smer, v ktorom dochádza k prenosu energie.
- Podmienky potrebné na zvrátenie procesu.
Odtiaľto sa dozvedáme, že existujú reverzibilné a nezvratné procesy.
Napríklad kuchynská soľ sa spontánne zmieša s vodou pomocou procesu nazývaného riedenie. Týmto procesom sa uvoľňuje teplo.
Na zvrátenie tohto procesu a na opätovné vytvorenie kryštálov soli je potrebné použiť teplo, ktoré umožňuje odparenie vody a jej oddelenie od soli. Systém absorbuje teplo.
Zjednodušený vzorec by bol tento:
Tretí zákon termodynamiky
Tretí zákon termodynamiky kombinuje dva predchádzajúce zákony a aplikuje ich na systémy v absolútnej rovnováhe. V tomto stave je minimálna výmena energie a maximálny stupeň poruchy (alebo entropie).
Tretie právo sa uplatňuje na uzavreté systémy. Tieto typy systémov možno vidieť iba v teoretickej fyzike a chémii.
Zjednodušený vzorec by bol tento:
Typy systémov v termodynamike
Aby sme pochopili zákony termodynamiky, je najskôr dôležité poznať typy systémov, ktoré existujú, a ich správanie.
Všetko okolo nás je tvorené systémami a väčšina systémov, ktoré poznáme, si vymieňa energiu. Systémy sú rozdelené do troch typov: otvorené, uzavreté a izolované.
- Otvorené systémy: vymieňajú si energiu a hmotu s vonkajškom (napríklad vatrou).
- Uzavreté systémy: energiu si vymieňajú iba s vonkajšou stranou (napríklad s mobilným telefónom).
- Izolované systémy: Nevymieňajú si hmotu ani energiu (sú iba teoretické).
Zatiaľ čo prvý a druhý zákon termodynamiky platia pre otvorené a uzavreté systémy, tretí zákon platí pre izolované systémy.
Stav systému
Existujú dva základné stavy, v ktorých sa dajú systémy (bez ohľadu na ich typ) nájsť.
- Aktívne systémy: ak dôjde k výmene energie, systém je označený ako aktívny.
- Systémy v pokoji alebo rovnováhe: ak nedochádza k výmene energie, považuje sa systém za odpočinok alebo rovnováhu.
Teplo a prenos tepla v termodynamike
Podľa fyziky je teplo tok energie, ktorý existuje pri kontakte dvoch systémov s rôznymi teplotami. Tepelná rovnováha sa dosiahne, keď všetky zapojené systémy dosiahnu rovnakú teplotu.
Ak sú v termodynamických systémoch dva z nich v rovnováhe s tretím systémom, potom sú navzájom tiež v rovnováhe. Preto je pri dosiahnutí rovnováhy teplota konštantná.
