Βασικές αρχές της Θερμοδυναμικής
Η θερμοδυναμική λέξη προέρχεται από δύο λέξεις "Thermo", που σημαίνει θερμότητα και "δυναμική", που σημαίνει "αλλαγή". Έτσι, η θερμοδυναμική είναι ένας κλάδος της επιστήμης που ασχολείται με τη μεταφορά ενέργειας και τις επιπτώσεις της στις φυσικές και χημικές ιδιότητες της ουσίας. Η ποσότητα θερμότητας ή μεταφοράς εργασίας που λαμβάνει χώρα κατά την άφιξη σε μια κατάσταση από μια άλλη είναι το κύριο μέλημα της θερμοδυναμικής. Με απλά λόγια, μπορούμε να πούμε ότι το θεμελιώδες στοιχείο της θερμοδυναμικής είναι η μελέτη της σχέσης μεταξύ ενέργειας, θερμότητας, θερμοκρασίας και εργασίας. Οι τέσσερις νόμοι της θερμοδυναμικής διέπουν τη συμπεριφορά αυτών των ιδιοτήτων. Το 1749, ο William Thomson ονόμασε αυτή τη συμπεριφορά θερμοδυναμική. Συνεχίστε να διαβάζετε τις σημειώσεις για τις βασικές αρχές του ορισμού, της εφαρμογής, των δηλώσεων και των παραδειγμάτων της θερμοδυναμικής.
Ποιες είναι οι θεμελιώδεις αρχές της θερμοδυναμικής;
Η θερμοδυναμική είναι ένας κλάδος της φυσικής επιστήμης που ασχολείται με τη θερμότητα και τη σχέση της με την εργασία και την ενέργεια. Η χημική αντίδραση σχετίζεται με την αλλαγή ενέργειας που σημαίνει ότι η ενέργεια καταναλώνεται για τη διάσπαση των χημικών δεσμών και η ενέργεια απελευθερώνεται όταν σχηματίζονται δεσμοί. Ο νόμος της θερμοδυναμικής ασχολείται με την αλλαγή ενέργειας των μακροσκοπικών συστημάτων που περιλαμβάνουν πολλά μόρια.
Σύστημα και περιβάλλοντα χώρο
Το σύστημα αναφέρεται στο τμήμα του σύμπαντος που βρίσκεται υπό παρατήρηση. Το περιβάλλον αναφέρεται σε οτιδήποτε άλλο στο σύμπαν εκτός από το σύστημα.
Το Σύμπαν =Το Σύστημα + Το περιβάλλον.
Τύποι συστημάτων στη θερμοδυναμική
Ανοιχτό σύστημα:Είναι το σύστημα στο οποίο η ύλη και η ενέργεια μπορούν να ανταλλάσσονται με το περιβάλλον.
Κλειστό σύστημα:Είναι το σύστημα στο οποίο μόνο ενέργεια μπορεί να ανταλλάσσεται με το περιβάλλον.
Απομονωμένο σύστημα:Το σύστημα στο οποίο ούτε ενέργεια ούτε ύλη μπορούν να ανταλλάσσονται με το περιβάλλον.
Νόμοι της θερμοδυναμικής
Ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής δηλώνει ότι «η ενέργεια δεν μπορεί ούτε να δημιουργηθεί ούτε να καταστραφεί. μπορεί να μεταφερθεί μόνο από τη μια μορφή στην άλλη». Σύμφωνα με τον Πρώτο Νόμο, η εσωτερική ενέργεια ενός συστήματος πρέπει να είναι ίση με το έργο που γίνεται σε αυτό, συν ή πλην της θερμότητας που ρέει μέσα και έξω από αυτό και κάθε άλλη εργασία που γίνεται σε αυτό. Αυτός ο νόμος είναι επίσης γνωστός ως νόμος της διατήρησης. Η μαθηματική εξίσωση για τον πρώτο νόμο της θερμοδυναμικής είναι:
ΔU =Q − W
Ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής δηλώνει ότι η συνολική εντροπία ενός απομονωμένου συστήματος δεν μπορεί ποτέ να μειωθεί. Αυτός ο νόμος προτάθηκε από διαφορετικούς επιστήμονες.
Δήλωση Κέλβιν Πλανκ:Δεν είναι δυνατή καμία διαδικασία με μοναδικό αποτέλεσμα την απορρόφηση της θερμότητας από μια δεξαμενή και την πλήρη μετατροπή της θερμότητας σε εργασία.
Δήλωση Clausius:Δεν είναι δυνατή καμία διαδικασία που το μοναδικό αποτέλεσμα της είναι η μεταφορά θερμότητας από ψυχρότερα αντικείμενα σε θερμότερα αντικείμενα.
Η μαθηματική εξίσωση για τον δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής είναι:
dq/dξ =T(dS/dξ)
Ο τρίτος νόμος της θερμοδυναμικής δηλώνει ότι καθώς η θερμοκρασία ενός συστήματος πλησιάζει το απόλυτο μηδέν, η εντροπία του γίνεται σταθερή ή η μεταβολή της εντροπίας είναι μηδέν. Ο τρίτος νόμος της θερμοδυναμικής είναι γνωστός ως νόμος Nernst. Η μαθηματική εξίσωση για τον τρίτο νόμο της θερμοδυναμικής είναι:
S=klogW
Ο μηδενικός νόμος της θερμοδυναμικής δηλώνει ότι εάν δύο σώματα, το Α και το Β, βρίσκονται σε θερμική ισορροπία με ένα άλλο σώμα Γ, τα σώματα Α και Β θα βρίσκονται επίσης σε θερμική ισορροπία μεταξύ τους.
Περιορισμοί των νόμων της θερμοδυναμικής
1. Δεν υπάρχουν περιορισμοί στη διέλευση της θερμότητας προς οποιαδήποτε κατεύθυνση:ο πρώτος νόμος καθιερώνει μια σαφή σχέση μεταξύ της θερμότητας που απορροφάται και του έργου που εκτελείται από ένα σύστημα. Ο πρώτος νόμος δεν δηλώνει εάν η θερμότητα μπορεί ή όχι να ταξιδέψει από ένα κρύο σε ένα ζεστό άκρο. Για παράδειγμα, η ψύξη του πάγου σε χαμηλή θερμοκρασία δεν θα εξάγει θερμότητα από αυτόν. Υπάρχει κάποια εξωτερική δουλειά που πρέπει να γίνει.
2. Δεν περιγράφει εάν η αντίδραση είναι βιώσιμη:ο πρώτος νόμος δεν προσδιορίζει εάν μια διαδικασία είναι εφικτή ή όχι. Για παράδειγμα, πρέπει να επιτευχθεί ισορροπία όταν μια ράβδος θερμαίνεται στο ένα άκρο, κάτι που μπορεί να επιτευχθεί μόνο με κάποια ενεργειακή δαπάνη.
3. Είναι αδύνατο να μετατραπεί η θερμική ενέργεια σε ισοδύναμη ποσότητα προσπάθειας στην πράξη. Ένας άλλος νόμος, γνωστός ως ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής, απαιτείται για να ξεπεραστούν αυτοί οι περιορισμοί.
Συμπέρασμα
Η θερμοδυναμική είναι ένα από τα πιο κρίσιμα κεφάλαια της χημείας. Αυτό το θέμα ασχολείται με τη μεταφορά ενέργειας και τις επιπτώσεις της στις φυσικές και χημικές ιδιότητες της ουσίας. Ας υποθέσουμε ότι ψάχνετε για τις βασικές αρχές του υλικού μελέτης θερμοδυναμικής. Σε αυτήν την περίπτωση, εμπλέκονται διάφοροι τύποι θερμοδυναμικής:Ισοθερμική Διεργασία, Αδιαβατική Διεργασία, Ισοχωρική Διεργασία και Ισοβαρική Διεργασία, για να αναφέρουμε μερικά.
