Thermodynamiikka on fysiikan osa-alue, joka käsittelee systeemin energiaa ja työtä.Termodynamiikka käsittelee vain systeemin suuren mittakaavan reaktioita, joita voimme havainnoida ja mitata kokeissa. Kaasujen pienen mittakaavan vuorovaikutuksia kuvataan kaasujen kineettisellä teorialla.Termodynamiikassa on kolme pääsääntöä, jotka kuvataan erillisillä dioilla. Kukin laki johtaa termodynaamisten ominaisuuksien määrittelyyn, jotka auttavat meitä ymmärtämään ja ennustamaan fysikaalisen järjestelmän toimintaa. Esittelemme joitakin yksinkertaisia esimerkkejä näistä laeista ja ominaisuuksista eri fysikaalisten järjestelmien osalta, vaikka olemme eniten kiinnostuneita propulsiojärjestelmien ja suurten nopeuksien virtausten termodynamiikasta.Onneksi monet klassisista esimerkeistä liittyvät kaasudynamiikkaan. Valitettavasti termodynamiikan kolmen lain numerointijärjestelmä on hieman sekava. Aloitetaan nollalailla.

Termodynamiikan nollalaki alkaa yksinkertaisella termodynaamisen tasapainon määritelmällä. Havaitaan, että jokin kappaleen ominaisuus, kuten kaasutilavuuden paine, metallitangon pituus tai langan sähkönjohtavuus, voi muuttua, kun kohdetta lämmitetään tai jäähdytetään. Jos kaksi tällaista esinettä saatetaan fyysisesti kosketuksiin, molempien esineiden ominaisuudet muuttuvat. Lopulta ominaisuuksien muutos kuitenkin pysähtyy, ja kohteiden sanotaan olevan termisessä eli termodynaamisessa tasapainossa. Termodynaaminen tasapaino johtaa lämpötilan määrittelyyn suuressa mittakaavassa. Kun kaksi kohdetta on termisessä tasapainossa, niillä sanotaan olevan sama lämpötila. Lämpötasapainon saavuttamisen aikana kappaleiden välillä siirtyy lämpöä, joka on eräs energian muoto. Lämpötasapainon saavuttamisen yksityiskohdat on kuvattu termodynamiikan ensimmäisessä ja toisessa laissa.

Termodynamiikan nollalaki on havainto. Kun kaksi esinettä onerillään termodynaamisessa tasapainossa kolmannen esineen kanssa, ne ovat epätasapainossa toistensa kanssa.Kuvituksena olettakaamme, että meillä on kolme esinettä, kuten diassa on esitetty. Esineet nro 1 ja nro 2 ovat fyysisessä kosketuksessa ja termisessä tasapainossa. Kohde nro 2 on myös termisessä tasapainossa kohteen nro 3 kanssa. Kohteiden #1 ja #3 välillä ei aluksi ole fyysistä kosketusta. Mutta jos esine nro 1 ja esine nro 3 saatetaan kosketuksiin, havaitaan, että ne ovat lämpötasapainossa. Tämän yksinkertaisen havainnon avulla voidaan luoda lämpömittari. Voimme kalibroida lämpöominaisuuden muutoksen, kuten elohopeapylvään pituuden, asettamalla lämpömittarin lämpötasapainoon tunnetun fysikaalisen systeemin kanssa useissa vertailupisteissä.Celsius-lämpömittareiden vertailupisteet on asetettu puhtaan veden jäätymis- ja kiehumispisteeseen.Jos lämpömittari sitten saatetaan lämpötasapainoon jonkin muun systeemin, kuten kielenpohjan, kanssa, voidaan määrittää toisen systeemin lämpötila havaitsemalla lämpöominaisuuden muutos.Termodynaamisessa tasapainossa olevilla esineillä on sama lämpötila.

Tehtävät:
Opastetut kierrokset

• Termodynamiikka:

Navigointi ..

Aloittelijan oppaan etusivu