We leggen uit wat thermodynamica is en waaruit een thermodynamisch systeem bestaat. En wat zijn de wetten van de thermodynamica.
Wat is thermodynamica?
Het heet thermodynamica (van het Grieks thermosfles, "Warmte" en dynamo's, "Kracht, sterkte") naar de tak van fysiek die de mechanische acties van warmte en andere soortgelijke vormen van energie bestudeert. Zijn studie benadert objecten als echte macroscopische systemen, via de wetenschappelijke methode en deductief redeneren, met aandacht voor uitgebreide variabelen zoals: entropie, de interne energie of de volume; evenals niet-extensieve variabelen zoals temperatuur-, de Druk of de chemische potentiaal, naast andere soorten grootheden.
De thermodynamica biedt echter geen interpretatie van de grootheden die het bestudeert, en de onderzoeksobjecten zijn altijd systemen in een staat van evenwicht, dat wil zeggen degenen waarvan de kenmerken bepaald kunnen worden door interne elementen en niet zozeer door externe krachten die erop inwerken. Bedenk daarom dat de Energie kan alleen worden uitgewisseld van het ene systeem naar het andere als een warmte of van functie.
De formele studie van de thermodynamica begon dankzij Otto von Guericke in 1650, een Duitse natuurkundige en jurist die de eerste vacuümpomp ontwierp en bouwde, waarmee hij Aristoteles en zijn stelregel dat 'de natuur een vacuüm verafschuwt' met zijn toepassingen weerlegde. Naar aanleiding van deze uitvinding, wetenschappers Robert Boyle en Robert Hooke ze verfijnden hun systemen en keken naar de correlatie tussen druk, temperatuur en volume. Zo werden de principes van de thermodynamica geboren.
Thermodynamisch systeem
Een thermodynamisch systeem wordt begrepen als een deel van het universum dat, voor studiedoeleinden, conceptueel geïsoleerd is van de rest en autonoom probeert te begrijpen. Let op de manieren waarop energie verandert of behouden blijft en tegelijkertijd op de uitwisseling van energie materie en/of energie met het milieu of met andere soortgelijke systemen (indien aanwezig). Het is daarom een methode om thermodynamica te bestuderen.
Het belangrijkste criterium voor het classificeren van deze systemen is gebaseerd op hun mate van isolatie van de omgeving, waarbij onderscheid wordt gemaakt tussen:
- Open systemen. Degenen die vrijelijk energie en materie uitwisselen met hun omgeving, zoals de meeste bekende systemen in het dagelijks leven doen. Bijvoorbeeld: een auto. Een hand hem brandstof en het keert terug naar de omgeving gassen En warmte.
- Gesloten systemen. Degenen die energie uitwisselen met hun omgeving, maar er niet toe doen. Dit is wat er gebeurt met een gesloten container, zoals een blikje, waarvan de inhoud onveranderlijk is, maar warmte verliest met deweer, die het in de lucht eromheen verspreidt.
- Geïsoleerde systemen. Die tot op zekere hoogte geen energie of materie uitwisselen met de omgeving. Perfect geïsoleerde systemen zijn er natuurlijk niet, maar tot op zekere hoogte wel: een thermoskan met Water warm zal zijn temperatuur een tijdje behouden, genoeg om het een tijdje geïsoleerd te houden.
Wetten van de thermodynamica
De "nulwet" wordt logisch uitgedrukt als volgt: als A = C en B = C, dan is A = B.
Thermodynamica wordt beheerst door wat is vastgelegd in zijn vier fundamentele principes of wetten, geformuleerd door verschillende wetenschappers in de loop van de geschiedenis hiervan discipline. Genoemde principes of wetten zijn:
- Eerste principe, of Wet van behoud van energie. Het stelt dat de totale hoeveelheid energie in elk fysiek systeem, geïsoleerd van zijn omgeving, altijd hetzelfde zal zijn, hoewel het van de ene vorm van energie naar veel verschillende kan worden omgezet. In minder woorden: "Energie kan niet worden gecreëerd of vernietigd, alleen worden getransformeerd."
- Derde principe, of wet van het absolute nulpunt. Het schrijft voor dat de entropie van een systeem dat naar het absolute nulpunt wordt gebracht altijd een bepaalde constante zal zijn. Dit betekent dat bij het bereiken van het absolute nulpunt (-273,15 ° C of 0 K), de processen van fysieke systemen stoppen en de entropie een constante minimumwaarde heeft.
- Nulprincipe of wet van thermisch evenwicht. Het wordt "nulwet" genoemd omdat, hoewel het de laatste was die van kracht was, de fundamentele en fundamentele voorschriften die het stelt voorrang hebben op de andere drie wetten. Het schrijft voor dat "als er twee systemen in" thermisch evenwicht onafhankelijk van elkaar met een derde systeem, moeten ze ook in thermisch evenwicht met elkaar zijn”.
Chemische thermodynamica
Chemische thermodynamica is een apart vakgebied, gericht op de correlatie tussen warmte en werk, en de chemische reacties, allemaal ingekaderd in wat is vastgesteld door de principes van de thermodynamica. Dat wil zeggen, het gaat om de toepassing van de wetten van de thermodynamica, vooral de eerste twee, op de wereld van reacties tussen stoffen en verbindingen, om de zogenaamde "fundamentele Gibbs-vergelijkingen" te verkrijgen, die de manier bepalen waarop de chemische energie vervat in de verschillende verbindingen verandert en wordt overgedragen, of hoe de mate van entropie van de universum elke keer dat er een spontane reactie optreedt.