Термодинамика – это раздел физики, изучающий тепловые явления в противоположность постулатам кинетической теории, которая делает выводы на базе представлений о молекулярном строении материального вещества.
Рисунок 1. Энергия в термодинамике. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Данное научное направление исходит из наиболее общих и исследованных учеными закономерностей, устанавливающих взаимосвязь тепловых процессов и свойств макроскопических концепций.
Ключевые термодинамические законы начинаются с нулевого начала. Для некоторых исследователей такая нумерация кажется неправильной и странной, ведь мало какой набор повседневных вещей может начинаться аналогичным образом. Нулевое начало термодинамики утверждает, что два физических элемента находятся в тепловом равновесии, если они могут отдавать друг другу энергию, однако не делают этого.
Кроме всего указанного, нулевое начало включает в себя идею, что внутренняя температура — это самый четкий индикатор теплового равновесия. То, что два материальных тела, упомянутые в этом законе, находятся в постоянном тепловом равновесии с третьим, дает все необходимое для определения температурной шкалы. Ну а с научной точки зрения, нулевой закон устанавливает и реализует точку отсчета, где между веществами с одинаковой температурой, тепловой поток в основном отсутствует.
Сохранение энергии: первое начало термодинамики
Рисунок 2. Первое начало термодинамики. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Одним из центральных понятий термодинамики считается внутренняя энергия физического тела.
Все макроскопические элементы обладают собственной энергией, которая заключается внутри самой системы. Принципы молекулярно-кинетической теории гласят, что внутренняя энергия любого вещества состоит из кинетического потенциала всех молекул и атомов, а также возможной энергии их взаимосвязи друг с другом.
Так, внутренняя энергия идеального газа всегда равна сумме показателей всех движущихся частиц, которые находятся в беспорядочном состоянии. Отсюда вытекает теория Джоуля, подтверждаемая многочисленными опытами и экспериментами.
Первое начало термодинамики — это основной закон сохранения энергии, наблюдаемый в каждом физическом теле.
Согласно этому постулату термодинамики, энергия материального вещества никуда не исчезает. Когда определенной средой высвобождается или поглощается тепловая энергия, сама система выполняет над окружающими телами работу. Общую энергию элементов необходимо рассматривать с помощью систематической передачи теплового потенциала.
Целостная энергетическая система определятся путем таких трех основных величин:
- тепловой энергии;
- работы и связи процессов;
- внутренней энергии.
Если оснастить систему дополнительным количеством тепловой энергии, то при отсутствии функционала ее количество энергетических показателей, кардинально изменится. Такая концепция может и в дальнейшем терять внутреннюю энергию, выполняя работу над движущимися телами. Таким образом, энергетический параметр системы начинается исчезать, так как при ее работе тепловая энергия не расходуется. Другими словами, если учитывать данный показатель, то с учетом всех указанных трех величин общую энергию системы возможно сохранить.
Величина передаваемой энергии отрицательной или положительной, когда система поглощает или высвобождает тепловой элемент. Чтобы не запутаться, когда энергия является положительной или отрицательной, при работе с первым началом термодинамики желательно исходить из общего закона сохранения энергии.
Допустим, что двигатель выполняет над окружающими механическими телами работу в 2000 Дж, высвобождая при этом примерно 3000 Дж внутренней энергии. В этом случае тепловая величина мотора уменьшается на 2000 Дж, а при выполнении перемещения, это устройство высвобождает 3000 Дж тепловой энергии. Другими словами, внутренняя энергия мотора уменьшается еще на 3000 Дж. Отрицательный параметр работа принимает, когда она осуществляется над средой, где действуют тела. Например, система в ходе процесса поглощает 3000 Дж, в то время как окружающие вещества выполняют над ней работу в 4000 Дж. Это свидетельствует о том, что энергетический потенциал увеличивается на 7000 Дж.
Передача тепловой энергии: второе начало термодинамики
Рисунок 3. Второе начало термодинамики. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Внутренняя энергия любого физического тела может внезапно меняться, если действующие на него факторы совершают работу. Второе начало термодинамики предполагает, что тепловой коэффициент естественно переходит из элемента с более высокой температурой в другое вещество с более низкой температурой, однако не в обратном направлении.
Это начало возникло в результате простых научных наблюдений, в ходе которых удалось установить, что теплоту возможно заставить переходить из тела путем определенной работы, но такое явление не может происходить самостоятельно.
Существует много методов, чтобы энергия тепловых процессов начала работать. Двигатели, которые выполняют работу посредством источника внутренней энергии, называются тепловыми. Этот показатель идет от нагревателя к мотору, осуществляющего работу, а неизрасходованная сила отправляется в другой источник. Им может быть и окружающий воздух и наполненный водой атомный радиатор.
Третье начало термодинамики или завершение передачи энергии
Данный закон достаточно просто и понятно формулируется: нельзя получить абсолютный ноль с помощью любого физического процесса, состоящего из конечного количества этапов, к нему можно только бесконечно приближаться. Таким образом, невозможно добиться нулевой отметки и сохранить при этом внутреннюю энергию. Каждое действие по понижению температурного коэффициента физического тела до нуля может немного приблизить к основной цели, но достигнуть ее нереально, если не выполнить определенные действия.
Рисунок 4. Третье начало термодинамики. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Странные явления вблизи абсолютного нуля наблюдаются при проведении экспериментов. Хотя до данного параметра нельзя добраться посредством какого-либо известного конечного явления, вблизи нулевого показателя можно столкнуться с огромным количеством странных физических процессов и фактов. Например, гелий при крайне низких температурах становится эксцентричным, что не позволяет ему самостоятельно выбраться из сосуда, в котором он расположен.
Передача тепловой энергии от одного материального тела к другому в форме тепла может осуществляться только при наличии разности температур между ними.
Если термодинамическая концепция изначально была подвержена внешнему воздействию, то в итоге она перейдет в совершенно иное состояние. Следовательно, потенциальная внутренняя энергия взаимодействия молекул и атомов напрямую зависит от расстояния, а в общем случае энергетический потенциал материального вещества находится в зависимости от температуры и объема.
