Termodinamika
Termodinamika ir fizikas nozare, kas pēta siltuma kustību starp dažādiem objektiem. Termodinamika pēta arī objektu spiediena un tilpuma izmaiņas. Lai aplūkotu daļiņu kustību, termodinamikā bieži izmanto matemātikas nozari, ko sauc par statistiku.
Termodinamika ir noderīga, jo tā palīdz mums saprast, kā ļoti mazu atomu pasaule ir saistīta ar liela mēroga pasauli, ko mēs redzam ikdienā.
Termodinamikai ir arī divas galvenās nozares - klasiskā termodinamika un statistiskā termodinamika. Svarīga termodinamikas ideja ir termodinamiskās sistēmas jēdziens.
Termodinamiskas sistēmas piemērs ir ķieģelis. Ķieģelis sastāv no daudziem atomiem, kuriem katram ir savas īpašības. Visām termodinamiskajām sistēmām ir divu veidu īpašības - ekstensīvās un intensīvās. Ķieģelim ekstensīvās īpašības ir tās, ko iegūst, saskaitot visus atomus. Tādas lietas kā tilpums, enerģija, masa un lādiņš ir ekstensīvas, jo diviem vienādiem ķieģeļiem kopā ir divreiz lielāka masa nekā vienam ķieģelim. Ķieģeļa intensīvās īpašības ir tās, ko iegūst, aplūkojot visu atomu vidējo vērtību. Tādas lietas kā temperatūra, spiediens un blīvums ir intensīvas, jo diviem vienādiem ķieģeļiem joprojām ir tāda pati temperatūra kā vienam ķieģelim.
Termodinamikas likumi
Ir četri termodinamikas likumi, kas nosaka, kā enerģija var tikt pārvietota starp diviem objektiem siltuma veidā.
- Zerotais termodinamikas likums
Ja divām sistēmām ir vienāda siltuma plūsma uz priekšu un atpakaļ, un vienai no šīm divām sistēmām ir vienāda siltuma plūsma uz priekšu un atpakaļ ar citu sistēmu, tad visām trim sistēmām ir vienāda siltuma plūsma savā starpā.
Enerģijas pieaugums sistēmā ir tas pats, kas enerģija, kas tiek nodota sistēmai siltuma vai darba veidā. Enerģiju nevar radīt vai iznīcināt, to var tikai mainīt. Enerģijas daudzums, kas tiek nodots sistēmai, ir tāds pats enerģijas daudzums, kas tiek paņemts no apkārtējās vides.
Ja ir pāris sistēmu, kas saskaras ar dažādām temperatūrām, siltums plūst no karstās uz auksto, līdz abu sistēmu temperatūra kļūst vienāda.
- Trešais termodinamikas likums
Ja sistēmas temperatūra ir 0 kelvīnu, absolūtā nulle (zemākā temperatūra), entropija (enerģija, ko nevar izmantot darba veikšanai) ir vienāda ar 0.
Termodinamikas pielietojums
Agrāk termodinamika tika pētīta, lai uzlabotu tvaika dzinēju darbību. Tagad termodinamikas idejas tiek izmantotas visur, sākot no dzinēju izgatavošanas un beidzot ar melno caurumu izpēti.
Zinātnieki izmanto termodinamiku daudzu iemeslu dēļ. Viens no tiem ir, lai izgatavotu labākus dzinējus un ledusskapjus. Cits mērķis ir izprast ikdienā izmantojamo materiālu īpašības, lai nākotnē tos varētu padarīt izturīgākus. Termodinamiku izmanto arī ķīmijā, lai izskaidrotu, kuras reakcijas notiks un kuras ne (šo pētījumu sauc par ķīmisko kinētiku). Termodinamika ir spēcīga, jo vienkārši atomu modeļi labi darbojas, skaidrojot lielu sistēmu, piemēram, ķieģeļu, īpašības.
Saistītās lapas
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir termodinamika?
A: Termodinamika ir fizikas nozare, kas pēta attiecības starp siltumu, temperatūru un enerģiju.
J: Kā termodinamikā izmanto matemātiku?
A: Lai aplūkotu daļiņu kustību, termodinamikā bieži izmanto matemātiku, jo īpaši statistiku.
J: Kādi ir daži termodinamikas pielietojumi?
A: Termodinamika palīdz mums saprast, kā ļoti mazu atomu pasaule ir saistīta ar liela mēroga pasauli, ko mēs redzam ikdienā. Tai ir arī divas galvenās nozares - klasiskā termodinamika un statistiskā termodinamika.
J: Kāds ir termodinamiskas sistēmas piemērs?
A: Termodinamiskas sistēmas piemērs ir ķieģelis, kas sastāv no daudziem atomiem ar savām īpašībām.
J: Kas ir ekstensīvās īpašības?
A: Ekstensīvās īpašības ir tādas, ko iegūst, saskaitot visus atomus, piemēram, tilpums, enerģija, masa un lādiņš, jo diviem vienādiem ķieģeļiem kopā ir divreiz lielāka masa nekā vienam ķieģelim.
J: Kas ir intensīvās īpašības?
A: Intensīvās īpašības ir tās, ko iegūst, ņemot vērā visu atomu vidējo vērtību, piemēram, temperatūru, spiedienu un blīvumu, jo diviem vienādiem ķieģeļiem joprojām ir tāda pati temperatūra kā vienam ķieģelim.
