Що таке термодинаміка? Це розділ фізики, який займається вивченням властивостей макроскопічних систем. При цьому під вивчення також потрапляють способи перетворення енергії та методи її передачі. Термодинаміка - це розділ фізики, який вивчає процеси, що відбуваються в системах, і їх стану. Про те, що ще потрапляє в список вивчених їй речей, ми сьогодні і поговоримо.
Визначення
На картинці нижче можна побачити приклад термограми, отриманої при вивченні глечика з гарячою водою.
Термодинаміка - це наука, яка спирається на узагальнені факти, отримані досвідченим шляхом. Процеси, що відбуваються в термодинамічних системах, описуються за допомогою макроскопічних величин. У їх список входять такі параметри, як концентрація, тиск, температура тощо. Ясна річ, що до окремих молекул вони непримінні, а зводяться до опису системи в загальному її вигляді (на відміну від тих величин, які використовуються в електродинаміці, наприклад).
Термодинаміка - це розділ фізики, який також має і свої закони. Вони, подібно іншим, носять загальний характер. Конкретні деталі будови тієї чи іншої обраної нами речовини не матимуть значного впливу на характер законів. Саме тому кажуть, що даний розділ фізики є одним з найбільш застосовних (або, вірніше сказати, успішно застосовних) в науці і техніці.
Застосування
Перераховувати приклади можна дуже довго. Наприклад, багато рішень, заснованих на термодинамічних законах, можна зустріти в області теплової техніки або електроенергетики. Що й говорити про опис і розуміння хімічних реакцій, фазових переходів, явищ перенесення. У деякому роді термодинаміка «співпрацює» з квантовою динамікою. Сфера їх зіткнення - це опис явища чорних дір.
Закони
Картинка вище демонструє суть одного з термодинамічних процесів - конвекції. Теплі шари речовини піднімаються нагору, холодні - опускаються вниз.
Альтернативна назва законів, яка, до речі, вживається не в приклад частіше, це початку термодинаміки. На сьогоднішній день їх відомо три (плюс одне «нульове», або «загальне»). Але перед тим як говорити про те, що передбачає кожен із законів, спробуємо відповісти на питання про те, що таке початку термодинаміки.
Вони являють собою сукупність певних постулатів, які лягають в основу розуміння процесів, що відбуваються в макросистемах. Положення почав термодинаміки встановлювалися емпіричним шляхом у міру проведення цілих серій дослідів і наукових досліджень. Таким чином, існують певні докази, що дозволяють нам взяти постулати на озброєння без жодного сумніву в їх точності.
Деякі люди задаються питанням про те, навіщо термодинаміці потрібні ці самі закони. Ну, можна сказати, що необхідність їх використання обумовлена тим, що в даному розділі фізики макроскопічні параметри описуються в загальному вигляді, без будь-якого натяку на розгляд їх мікроскопічної природи або особливостей того ж плану. Це сфера не термодинаміки, а вже статистичної фізики, якщо говорити конкретніше. Ще однією важливою річчю є той факт, що початку термодинаміки не залежать один від одного. Тобто одне з другого вивести не вийде.
Застосування
Застосування термодинаміки, як було сказано раніше, йде за багатьма напрямками. За основу береться, до речі, одне з її започаткування, яке інакше інтерпретується у формі закону збереження енергії. Термодинамічні рішення і постулати успішно впроваджуються в такі галузі, як енергетична промисловість, біомедицина, хімія. Ось у біологічній енергетиці повсюдно використовується закон збереження енергії і закон ймовірності і спрямованості термодинамічного процесу. Поряд з цим, там використовуються три найбільш поширених поняття, на яких базується вся робота і її опис. Це термодинамічна система, процес і фаза процесу.
Процеси
Процеси в термодинаміці мають різний ступінь складності. Їх налічується сім штук. Взагалі, під процесом в такому випадку слід розуміти не що інше, як зміну макроскопічного стану, в який система була приведена раніше. Слід розуміти, що різниця між умовним початковим станом і кінцевим результатом може бути нікчемною.
Якщо різниця нескінченно мала, то процес ми цілком можемо назвати елементарним. Якщо ми будемо обговорювати процеси, то доведеться вдатися до згадки додаткових термінів. Один з них - це «робоче тіло». Робочим тілом називається система, в якій відбувається один тепловий процес або кілька.
Умовно процеси підрозділюються на нерівноважні та рівноважні. У випадку з останнім всі стани, через які належить пройти термодинамічній системі, є, відповідно, нерівноважними. Найчастіше зміна станів йде в таких випадках швидкими темпами. А ось рівноважні процеси близькі до квазістатичних. У них зміни проходять на порядок повільніше.
Теплові процеси, що відбуваються в термодинамічних системах, можуть бути як зворотними, так і незворотними. Для того щоб зрозуміти суть, розіб'ємо у своєму уявленні послідовність дій на певні проміжки. Якщо ми можемо зробити той же процес у зворотному напрямку з тими ж «проміжними станціями», то його можна назвати зверненим. В іншому випадку зробити це не вийде.
