Основные правила термодинамики сформулированы в виде законов. Их также принято в широком смысле называть началами термодинамики, как соответствующего раздела физики.
Рисунок 1. Первый закон термодинамики. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Начала термодинамики
Начала термодинамики – сборники основных постулатов и понятий, которые лежат в базисе раздела молекулярной физики. Все эти положения устанавливались на протяжении долгого времени экспериментальным путем. Все правила доказаны исследованиями и имеют под собой практическое прикладное применение. Постулаты в свою очередь формируют законы термодинамики.
Законы термодинамики
В настоящее время существует четыре основных закона термодинамики. Все эти группы разделы по смысловой нагрузке. Сегодня структуризация законов состоит из:
- закона сохранения энергии (первый закон термодинамики);
- закона возрастания энтропии (второй закон термодинамики);
- описания поведения энтропии при абсолютном температурном нуле (третий закон термодинамики);
- нулевого закона термодинамики.
Первый закон термодинамики рассказывает о применении закона сохранения энергии, когда он действует в отношении определенной термодинамической системы.
Рисунок 2. Второй закон термодинамики. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Второе начало предполагает выдвижение некоторых специальных ограничений. Они должны относиться к направлениям термодинамических процессов. В частном случае они дают запрет на самопроизвольную передачу тепла от одного нагретого тела к другому, которое нагрето меньше первого. Также второй закон термодинамики еще называют законом возрастания энтропии.
В третьем законе термодинамики идет описание поведения энтропии в момент максимального приближения значения к температурному абсолютному нулю.
К так называемому нулевому закону термодинамики относят выражение отношения определенной замкнутой системы к номинальному состоянию термодинамического равновесия. Он применяется в том случае, когда подобная система уже не в состоянии самостоятельно выбраться из этого положения, однако начальный вид замкнутой системы может иметь неопределенное состояние.
Применение законов термодинамики
У правил термодинамики есть свой определенный предмет изучения и способ применения. Они с большой точностью описывают все макроскопические параметры изучаемых тел и дают заключение о функционировании тех или иных термодинамических систем. Однако все законы неспособны дать конкретных предположений, выраженных в точных математических формулировках. Подобные понятия принято изучать в другом разделе физики, который называется статистической физикой.
Рисунок 3. Третий закон термодинамики. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Все законы термодинамики не связаны между собой, поэтому и формируются по отдельным независимым группам. В процессе изучения удалось выяснить, что начала термодинамики не вытекают одно из другого и их нельзя в полной мере вывести в единое целое.
Любая термодинамическая система представляется в виде определенного числа параметров. Среди них можно найти внутреннюю энергию. Она формируется на основе кинетической энергии. Последняя энергия выступает в роли своеобразного строительного материала, из которого состоят все частицы системы. Внутренняя энергия может принимать любые фиксируемые очертания и иметь признаки:
- вращательного движения;
- колебательного движения;
- поступательного движения.
Энергия принимает формы потенциальной энергии, а также имеет основу кинетической энергии. Часто при расчетах идеальных газов сознательно уходят от потенциальной энергии. Внутренняя энергия часто называется функцией состояния термодинамической системы. Подобная функция определяется в качестве температуры газа, при этом значения внутренней энергии не будут лежать в зависимости от перехода в состояние. Это можно представить, как выход системы из первоначального состояния. В этом случае она подвергается определенным процессам и взаимодействию, проходит круг и возвращается в начальное состояние вновь.
Внутренняя энергия в подобных ситуациях будет равняться нулевому значению. Для идеального газа возможно изменить внутреннюю энергию. Это можно сделать двумя основными вариантами. При первом исследователи совершают работу при помощи газа. Второй способ предполагает сообщение нашей системе определенного количества теплоты. Таким образом, можно сформулировать первый закон термодинамики к тому, что количество теплоты, подведенное к термодинамической системе, будет расходоваться на совершение идеальным газом работы, осуществляемой механическим способом. Также меняется внутренняя энергия тела.
При рассмотрении второго начала термодинамики необходимо понимать, что для любой термодинамической системы характерно состояние равновесия. В этом состоянии все макроскопические величины во времени остаются на неизменном уровне, то есть объем, температура, давление параметра. В нашем случае, это идеальный газ. Состояние внутренней неизменности может строиться на ряде дополнительных условий:
- отсутствии теплопроводности;
- диффузии;
- химических реакций;
- иных условий.
Вывод системы из термодинамического равновесия при соблюдении всех условий предполагает ее возврат в первоначальное состояние. Главную роль в этом процессе играют внешние факторы. Все происходит по истечении определенного отрезка времени. При отсутствии названных внешних факторов происходит иная ситуация. Она может измениться самопроизвольным образом.
Таким образом, второе начало термодинамики можно сформулировать как передачу энергии более теплого тела к более холодному. При обратной ситуации процесс термодинамики не наступит.
В третьем начале термодинамики обсуждаются составные части любого процесса. Он может состоять из конечного числа циклов, при этом не достигаются внутри него температуры, близкие к абсолютному нулю.
При формировании нулевого или общего начала термодинамики установлено, что два тела, которые находятся в тепловом равновесии с другим телом, тоже могут находиться в тепловом равновесии между собой.
