Термодинамика представляет собой обширный раздел физики, который изучает свойства макроскопических систем и их взаимодействие с другими физическими процессами.
Рисунок 1. Применение законов термодинамики к живым системам. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
При этом под исследование ученых также попадают методы превращения внутренней энергии и способы ее передачи. Таким образом, можно утверждать, что термодинамика опирается только на обобщенные факты, полученные исследователями многолетним опытным путем. Происходящие в термодинамических концепциях явления детально описываются при помощи применения макроскопических величин.
В их список относят такие основные параметры, как:
- концентрация;
- давление;
- температура;
- энергетический потенциал.
Стоит отметить, что такие критерии неприменимы к отдельным молекулам, а сводятся к описанию системы в ее общем виде (в отличие от тех параметров, используемых в электродинамике). Указанный раздел науки имеет собственные законы, которые носят классический характер. Конкретные детали строения выбранного для исследования вещества не смогут в значительной степени повлиять на структуру закономерностей. Именно поэтому говорят, что термодинамика является одной из наиболее применимых в технике наук.
Применение термодинамики
Рисунок 2. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Применение термодинамики как ключевого метода обобщения экспериментальных данных имеет весомое значение в развитии современной теоретической химии.
Однако такой переход к количественным величинам возможно осуществить только для определенных систем, для которых используются уравнения общего состояния физических тел.
На сегодняшний день в термодинамике часто используется уравнение для простейших концепций, называемых в физике – идеальных. Вероятность применения данного научного направления для предсказания результатов других физических процессов базируется на внедрении понятий об обратимых и равновесных явлениях.
Сфера использования термодинамики значительно шире, чем молекулярно-кинетической гипотезы, так как не существует таких областей физики, в которых невозможно было бы применить термодинамический метод. Становление термодинамики идет по многим направлениям. За основу ученые берут начало изучаемого раздела - закон сохранения энергии. Термодинамические постулаты и способны успешно внедряются в такие отрасли, как биомедицина, энергетическая промышленность и химия. В энергетике повсеместно применяются принципы удержания энергетического потенциала и закон направленности процесса.
Наряду с этим, исследователи рассматривают три наиболее распространенных и значимых понятия, на которых основывается вся работа и ее дальнейшее описание:
- термодинамическая система;
- процесс;
- фаза процесса.
Термодинамические процессы
Процессы в термодинамике имеют абсолютно разный уровень сложности. В целом, их насчитывается семь штук.
Под термодинамическим процессом необходимо понимать не что иное, как внезапное изменение макроскопического состояния материального вещества, в которое ранее была приведена система.
Разница между условным изначальным состоянием и конечным итогом может быть крайне ничтожной. Если этот показатель бесконечно мал, то произошедший физический процесс вполне можно назвать элементарным. Если более углубленно обсуждать данное явление, то придется использовать дополнительные термины. Один из таких определений - это “рабочее тело”.
Рабочее тело – это система, в которой постоянно происходит один или несколько тепловой процесс, который условно можно подразделить на неравновесный и равновесный.
В случае с последним все происходящие в термодинамической системе состояния являются, соответственно, равновесными. Зачастую трансформация происходит в таких случаях быстрыми темпами. А вот неравновесные процессы возможно сравнить с квазистатическими, где все изменения проходят значительно медленнее. Тепловые процессы, которые случаются в системах, могут быть также обратимыми и необратимыми. Если возможно сделать один и тот же процесс в обратном направлении с одинаковыми «промежуточными станциями», то его называют обратимым. В ином случае получить такой же результат не получится.
Законы термодинамики
Рисунок 3. Первый закон термодинамики. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Альтернативное название законов и теорий - это начала термодинамики. В настоящее время их известно три, но перед тем как изучить, что подразумевает каждый из законов, необходимо ответить на вопрос о том, что такое термодинамические начала.
Начала термодинамики представляют собой совокупность и комплексность определенных научных постулатов, которые выступает в качестве базы понимания происходящих в макросистемах явлений. Положения таких закономерностей устанавливались эмпирическим методом по мере проведения огромного количества опытов и исследований.
Таким образом, существуют экспериментальные доказательства, которые позволяют ученым взять постулаты термодинамики на вооружение без сомнений в их точности. Необходимость использования термодинамических начал обусловлена тем, что в этом разделе физики макроскопические показатели описываются только в общем виде, без намека на дальнейшее рассмотрения их природы или же основных характеристик. Это область не термодинамики, а уже статистической физики. Еще одной центральной позиций является тот факт, что законы термодинамики не зависят друг от друга.
И так, первый закон термодинамики объясняет количественное выражение теории сохранения и превращения внутренней энергии: «мощность изолированной концепции при всех изменениях сохраняет постоянную величину».
Второй термодинамический закон характеризует качественную и стабильную сторону, а также направленность физических процессов, происходящих в определенной системе. Данное начало термодинамики отражает основные принципы существования абсолютной энтропии и температуры, как функций общего состояния, и возрастания изолированной системы. Одним из важных следствий второго закона является утверждение о том, что осуществить полные превращения теплоты в работу в действительности невозможно.
Третий закон термодинамики гласит о том, что при абсолютно нулевой температуре абсолютно все равновесные явления происходят без дальнейшего изменения энтропии.
Подытожив, можно сделать выводы, что основными областями использования термодинамики являются гипотеза равновесия химического и теория стабильного равновесия, в частности взаимодействие между разными агрегатными состояниями, наблюдаемые при расслоении на фазы смесей газов и жидкостей. В таких случаях в ходе установления данного параметра значимую роль играет связь частиц с веществами с разными фазами, и при формулировке необходимых условий равновесия применяются понятие химического потенциала.
Стабильность химического потенциала заменяет все условие постоянства внутреннего давления, если находится во внешнем поле, например, поле тяжести. Способы термодинамики эффективно используются при изучении тех процессов природы, в которых важную роль играют тепловые эффекты.
