A Termodinamika téma az évek során sok ember érdeklődését felkeltette. Felfedezése óta vitákat, vitákat és sokféle véleményt generált. Ebben a cikkben a Termodinamika-hez kapcsolódó különböző szempontokat vizsgáljuk meg, a társadalomra gyakorolt hatásától a lehetséges jövőbeli következményekig. Egy részletes elemzés segítségével igyekszünk jobban megérteni a Termodinamika jelentőségét és relevanciáját napjainkban, valamint azt, hogy milyen lehetséges következményei lehetnek különböző területeken. Kétségtelen, hogy a Termodinamika egy lenyűgöző téma, amely külön figyelmet érdemel, és továbbra is nagy érdeklődést vált ki szerte a világon.
Termodinamikai körfolyamatok |
---|
A termodinamika vagy magyar nevén hőtan a fizika energiaátalakulásokkal foglalkozó tudományterülete.
Egy magára hagyott termodinamikai rendszerben az intenzív állapotjelzők eloszlása homogénné válik, vagyis a rendszer egyensúlyi állapotba kerül. Az egyensúlyi állapottal a termosztatika foglalkozik. Minden pontjában ugyanakkora nyomás, hőmérséklet stb. lesz. Termodinamikai elveken (is) alapszik pl.: időjárás-előrejelzés, robbanómotorok, repülőgép-hajtóművek, hűtőszekrény, kuktafazék, kémény. Néhány fogalom, mely kapcsolódik a termodinamikához:
A nulladik főtétel tulajdonképpen nem egyetlen „törvényt”, hanem több posztulátumot jelent, amelyek a termodinamikai rendszer egyensúlyával kapcsolatosak. Ezek:
A termodinamika első főtétele mennyiségi összefüggést állapít meg a mechanikai munka, a cserélt hő és a belső energia változása között. Egy nyugvó és zárt termodinamikai rendszer belső energiáját, amennyiben annak belsejében nem zajlik le fázisátalakulás vagy kémiai reakció, kétféleképpen lehet megváltoztatni: munkavégzéssel és hőközléssel. A rendszer belső energiájának megváltozása ΔU tehát a vele közölt Q hőmennyiség és a rajta végzett W (bármilyen) munka összege:
Áramló közegre a hő és a technikai munka összege így számolható:
ahol q a hő, wt12 a technikai munka, h az entalpia, c a közegáramlás sebessége, g a gravitációs állandó és z a vizsgált pont magassága (helyzete). Differenciális alakban:
Következménye: Nincs olyan periodikusan működő gép, ú.n. elsőfajú perpetuum mobile, mely hőfelvétel nélkül képes lenne munkát végezni.
A második főtétel a spontán folyamatok irányát szabja meg. Több, látszólag lényegesen különböző megfogalmazása van.
Az ilyen gépet másodfajú perpetuum mobilének nevezzük, tehát az állítás szerint nem létezik másodfajú perpetuum mobile.
A két megfogalmazás egymásból következik, de a levezetése nem teljesen egyszerű.
A második alaptörvénynek ezek és az ezekhez hasonló megfogalmazásai zavarbaejtőek, hiszen a fizika többi, összefüggéseket megállapító törvényeivel szemben valaminek a létezését tagadják. Egy jobb megfogalmazás végett egy új fogalom került bevezetésre: az entrópia. A termodinamika második alaptörvénye az entrópia felhasználásával a következőképpen fogalmazható meg: a magukra hagyott rendszerek entrópiája spontán folyamatokkal nem csökkenhet.
Nernst megfogalmazása szerint az abszolút tiszta kristályos anyagok entrópiája nulla kelvin hőmérsékleten zérus.