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Gesetze der Thermodynamik

Wir erklären Ihnen, was die Gesetze der Thermodynamik sind, woher diese Prinzipien stammen und welche Hauptmerkmale sie haben.

Die Gesetze der Thermodynamik dienen dazu, die physikalischen Gesetze des Universums zu verstehen.
  1. Was sind die Gesetze der Thermodynamik?

Wenn wir über die Gesetze der Thermodynamik oder die Prinzipien der Thermodynamik sprechen, beziehen wir uns auf die elementarsten Formulierungen dieses Zweigs der Physik, die, wie der Name schon sagt, interessiert sind (aus dem Griechischen) Thermoskanne, "Kalorien" und Dynamoskanne, "Kraft", "Kraft") in der Dynamik von Wärme und anderen Formen bekannter Energie.

Diese Gesetze oder Prinzipien der Thermodynamik sind eine Reihe von Formeln und Gleichungen, die das Verhalten sogenannter thermodynamischer Systeme beschreiben, dh eines Teils des Universums, zu dem man theoretisch isoliert ist das Studium und Verstehen unter Verwendung seiner grundlegenden physikalischen Größen: Temperatur, Energie und Entropie.

Es gibt vier Gesetze der Thermodynamik, die von null bis drei aufgeführt sind und dazu dienen, die physikalischen Gesetze des Universums sowie die Unmöglichkeit bestimmter Phänomene, wie das der ständigen Bewegung, zu verstehen .

Siehe auch: Prinzip der Energieeinsparung.

  1. Entstehung der Gesetze der Thermodynamik

Die vier Prinzipien der Thermodynamik haben unterschiedliche Ursprünge und wurden teilweise aus den vorhergehenden formuliert . Tatsächlich wurde der erste gegründet, der zweite, das Werk des französischen Physikers und Ingenieurs Nicolás Licolson Sadi Carnot aus dem Jahr 1824.

1860 wurde dieses Prinzip jedoch erneut von Rudolf Clausius und William Thompson formuliert, und dann wurde das hinzugefügt, was wir jetzt das erste Gesetz der Thermodynamik nennen. Später wird der dritte, modernere, erscheinen, dank Walther Nernsts Studien zwischen 1906 und 1912, weshalb er als Nernsts Postulat bekannt ist.

Schließlich wird 1930 die von Guggenheim und Fowler vorgeschlagene Aufforderung ley zero erscheinen . Es sollte gesagt werden, dass es nicht in allen Bereichen als wahres Gesetz anerkannt ist.

  1. Erster Hauptsatz der Thermodynamik

Energie kann nicht erzeugt oder zerstört, sondern nur umgewandelt werden.

Der Titel dieses Gesetzes lautet "Energieeinsparungsgesetz", da es vorschreibt, dass in jedem physischen System, das von seiner Umgebung isoliert ist, die gesamte Energiemenge immer dieselbe ist, auch wenn sie in eine Energieform umgewandelt werden kann zu verschiedenen. Oder mit anderen Worten: "Energie kann nicht erzeugt oder zerstört, sondern nur umgewandelt werden."

Somit kann durch Zuführen einer bestimmten Wärmemenge (Q) zu einem physikalischen System seine Gesamtenergiemenge berechnet werden, indem der Unterschied in der Zunahme seiner inneren Energie (& Dgr; U) plus der Arbeit (W), die von dem System an seiner durchgeführt wird, ermittelt wird umgebung. Oder ausgedrückt in einer Formel: Q = ΔU + W, oder auch: ΔU = Q - W, was bedeutet, dass die Differenz zwischen der Energie des Systems und der geleisteten Arbeit immer als Wärmeenergie (Wärme) vom System getrennt wird.

Um dieses Gesetz zu veranschaulichen, stellen wir uns den Motor eines Flugzeugs vor . Es ist ein thermodynamisches System, in das Kraftstoff eintritt, der in Reaktion mit dem Luftsauerstoff und dem bei der Verbrennung entstehenden Funken eine erhebliche Menge Wärme und Arbeit abgibt. Letzteres ist genau die Bewegung, die das Flugzeug nach vorne schiebt. Also: Wenn wir die Menge an verbrauchtem Treibstoff, die Menge an Arbeit (Bewegung) und die Menge an freigesetzter Wärme messen könnten, könnten wir die Gesamtenergie des Systems berechnen und daraus schließen, dass die Energie im Triebwerk während des Fluges konstant blieb: noch wurde sie erzeugt Auch Energie wurde nicht zerstört, sondern von chemischer Energie in kalorische Energie und kinetische Energie (Bewegung, dh Arbeit) umgewandelt.

  1. Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik

Wenn genügend Zeit zur Verfügung steht, neigen alle Systeme irgendwann zum Ungleichgewicht.

Dieses zweite Prinzip, das manchmal als Entropiegesetz bezeichnet wird, lässt sich dahingehend zusammenfassen, dass „der Entropiebetrag im Universum tendenziell mit der Zeit zunimmt“ . Dies bedeutet, dass der Grad der Unordnung der Systeme zunimmt, sobald sie den Gleichgewichtspunkt erreicht haben, so dass alle Systeme bei ausreichender Zeit letztendlich zu einem Ungleichgewicht neigen.

Dieses Gesetz erklärt die Irreversibilität physikalischer Phänomene, dh die Tatsache, dass ein einmal verbranntes Papier nicht in seine ursprüngliche Form zurückgebracht werden kann . Außerdem wird die Entropiezustandsfunktion (dargestellt als S) eingeführt, die im Fall physikalischer Systeme den Grad der Störung darstellt, dh ihren unvermeidlichen Verlust. von Energie. Daher ist die Entropie an den Energiegrad gebunden, den ein System nicht nutzen kann und der für die Umwelt verloren geht. Besonders wenn es sich um einen Wechsel von einem Gleichgewichtszustand A zu einem Gleichgewichtszustand B handelt: Letzterer hat einen höheren Entropiegrad als der erste.

Die Formulierung dieses Gesetzes legt fest, dass die Änderung der Entropie (dS) immer größer oder gleich der Wärmeübertragung (Q) dividiert durch die Temperatur (T) des Systems ist. Das heißt, dass dS Q / T.

Und um dies anhand eines Beispiels zu verstehen, verbrennen Sie einfach eine bestimmte Menge Materie und sammeln dann die entstehende Asche. Indem wir sie wiegen, stellen wir sicher, dass es weniger Materie als im Ausgangszustand ist. Warum? Weil ein Teil der Materie zu nicht wiedergewinnbaren Gasen wurde, die dazu neigen, sich zu zerstreuen und zu stören, das heißt, die dabei verloren gehen. Deshalb kann diese Reaktion nicht rückgängig gemacht werden.

  1. Dritter Hauptsatz der Thermodynamik

Bei Erreichen des absoluten Nullpunkts hören die Prozesse der physikalischen Systeme auf.

Dieses Prinzip betrifft die Temperatur und die Abkühlung und besagt, dass die Entropie eines Systems, das auf den absoluten Nullpunkt gebracht wird, eine bestimmte Konstante ist . Mit anderen Worten:

  • Bei Erreichen des absoluten Nullpunkts (0 K) hören die Prozesse der physikalischen Systeme auf.
  • Bei Erreichen des absoluten Nullpunkts (0 K) hat die Entropie einen konstanten Minimalwert.

Es ist schwierig, die sogenannte absolute Null täglich (-273, 15 .1C) zu erreichen, als ob man ein einfaches Beispiel für dieses Gesetz geben würde. Aber wir können es mit dem vergleichen, was in unserer Tiefkühltruhe passiert: Die Lebensmittel, die wir dort deponieren, werden so stark abkühlen und bei so niedrigen Temperaturen, dass sie die darin befindlichen biochemischen Prozesse verlangsamen oder sogar stoppen. Dies ist der Grund, warum die Zersetzung verzögert ist und viel länger für den Verzehr anhält.

  1. Gesetz der Thermodynamik

Das "Nullgesetz" wird logisch wie folgt ausgedrückt: Wenn A = C und B = C, dann ist A = B.

Die ley zero ist unter diesem Namen bekannt, weil sie, obwohl sie als letzte ausgeführt wurde, grundlegende und grundlegende Regeln für die anderen drei festlegt . In Wirklichkeit ist es das Gesetz des thermischen Gleichgewichts. Dieses Prinzip schreibt vor: Befinden sich zwei Systeme unabhängig voneinander mit einem dritten System im thermischen Gleichgewicht, müssen sie sich auch zwischen ihnen im thermischen Gleichgewicht befinden. Dies kann logisch folgendermaßen ausgedrückt werden: Wenn A = C und B = C, dann ist A = B.

Einfach ausgedrückt, dieses Gesetz erlaubt es uns , das Prinzip der Temperatur auf der Grundlage des Vergleichs der Wärmeenergie zweier verschiedener Körper zu bestimmen: wenn sie sich im thermischen Gleichgewicht zwischen ihnen befinden Ja, dann haben sie notwendigerweise die gleiche Temperatur. Und wenn beide im thermischen Gleichgewicht mit einem dritten System sind, dann sind sie auch miteinander.

Alltägliche Beispiele für dieses Gesetz sind leicht zu finden. Wenn wir ins kalte oder heiße Wasser kommen, werden wir den Temperaturunterschied nur für eine Weile bemerken, da unser Körper dann ein thermisches Gleichgewicht mit dem Wasser eingeht und wir den Unterschied nicht mehr bemerken. Es passiert auch, wenn wir einen heißen oder kalten Raum betreten: Wir werden zuerst die Temperatur bemerken, aber dann werden wir aufhören, den Unterschied wahrzunehmen, wenn wir damit in ein thermisches Gleichgewicht geraten.


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