อุณหพลศาสตร์คืออะไร? »นิยามและความหมาย

เป็นคำที่ใช้เพื่อรวมชุดการศึกษาและการทดลองที่ดำเนินการภายใต้กฎของฟิสิกส์ซึ่งวิเคราะห์ในรายละเอียดเกี่ยวกับความสมดุลขององค์ประกอบบนโลกตลอดจนความร้อนและพลังงานส่งผลต่อสิ่งมีชีวิตบนโลกและ วัสดุที่ประกอบขึ้น จากนี้จึงสามารถสร้างเครื่องจักรต่างๆที่ช่วยในกระบวนการอุตสาหกรรมได้ คำนี้มาจากคำภาษากรีกθερμοและδύναμιςซึ่งแปลว่า "เทอร์โม" และ "ความร้อน

อุณหพลศาสตร์คืออะไร

สารบัญ

คำจำกัดความของอุณหพลศาสตร์บ่งชี้ว่าเป็นศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับกฎหมายที่ควบคุมการเปลี่ยนพลังงานความร้อนเป็นพลังงานกลและในทางกลับกัน มันตั้งอยู่บนหลักการพื้นฐานสามประการและมีผลทางปรัชญาที่ชัดเจนและยังช่วยให้สามารถกำหนดแนวคิดที่อยู่ในขอบเขตที่กว้างไกลที่สุดในฟิสิกส์

ภายในสิ่งนี้มีการใช้วิธีการตรวจสอบและการชื่นชมวัตถุที่ต้องการที่แตกต่างกันเช่นขนาดที่กว้างขวางและไม่กว้างขวางนักวิจัยที่ครอบคลุมจะศึกษาพลังงานภายในองค์ประกอบของกรามหรือปริมาตรและประการที่สองในส่วนของการศึกษาความดัน อุณหภูมิและศักยภาพทางเคมี ถึงกระนั้นก็ยังใช้ขนาดอื่น ๆ เพื่อการวิเคราะห์ที่แม่นยำ

อุณหพลศาสตร์ศึกษาอะไร

อุณหพลศาสตร์การศึกษาแลกเปลี่ยนของพลังงานความร้อนระหว่างระบบและปรากฏการณ์ทางกลและทางเคมีที่บ่งบอกถึงการแลกเปลี่ยนดังกล่าวโดยเฉพาะอย่างยิ่งเขาเป็นผู้รับผิดชอบในการศึกษาปรากฏการณ์ที่มีการเปลี่ยนแปลงของพลังงานกลเป็นพลังงานความร้อนหรือในทางกลับกันปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการแปลงทางอุณหพลศาสตร์

ถือเป็นวิทยาศาสตร์เชิงปรากฏการณ์วิทยาเนื่องจากมุ่งเน้นไปที่การศึกษาวัตถุและอื่น ๆ ในระดับมหภาค ในทำนองเดียวกันมันใช้ประโยชน์จากวิทยาศาสตร์อื่น ๆ เพื่อให้สามารถอธิบายปรากฏการณ์ที่พยายามระบุในวัตถุของการวิเคราะห์เช่นกลศาสตร์สถิติ ระบบอุณหพลศาสตร์ใช้สมการบางอย่างที่ช่วยในการผสมคุณสมบัติของมัน

ในบรรดาหลักการพื้นฐานสามารถพบได้ว่าพลังงานซึ่งสามารถถ่ายโอนจากร่างกายหนึ่งไปยังอีกร่างกายหนึ่งโดยผ่านความร้อน มันถูกนำไปใช้กับหลายพื้นที่ของการศึกษาเช่นวิศวกรรมเช่นเดียวกับการทำงานร่วมกันกับการพัฒนาของเครื่องยนต์ศึกษาการเปลี่ยนแปลงเฟสปฏิกิริยาทางเคมีและหลุมดำ

"> กำลังโหลด…

ระบบอุณหพลศาสตร์คืออะไร

ร่างกายหรือชุดของร่างกายในช่วงที่มีการเปลี่ยนแปลงทางอุณหพลศาสตร์เกิดขึ้นเรียกว่าระบบทางอุณหพลศาสตร์การศึกษาระบบจะเริ่มจากสภาวะนั่นคือจากสภาพทางกายภาพในช่วงเวลาหนึ่ง ในระดับกล้องจุลทรรศน์สถานะดังกล่าวสามารถอธิบายได้โดยใช้พิกัดหรือตัวแปรทางความร้อนเช่นมวลความดันอุณหภูมิ ฯลฯ ซึ่งสามารถวัดได้อย่างสมบูรณ์แบบ แต่ในระดับกล้องจุลทรรศน์เศษส่วน (โมเลกุลอะตอม) ที่ประกอบขึ้น ระบบและระบุชุดของตำแหน่งและความเร็วของอนุภาคเหล่านี้ซึ่งคุณสมบัติของกล้องจุลทรรศน์ขึ้นอยู่ในที่สุด

นอกจากนี้ระบบอุณหพลศาสตร์เป็นพื้นที่ของพื้นที่ที่อยู่ภายใต้การศึกษาที่กำลังดำเนินการและถูก จำกัด ด้วยพื้นผิวที่อาจเป็นของจริงหรือในจินตนาการ พื้นที่ภายนอกระบบที่มีปฏิสัมพันธ์เรียกว่าสภาพแวดล้อมของระบบ ระบบอุณหพลศาสตร์มีปฏิสัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อมผ่านการแลกเปลี่ยนสสารและพลังงาน

พื้นผิวที่แยกระบบออกจากบริบทที่เหลือเรียกว่ากำแพงและตามลักษณะของมันจะแบ่งออกเป็นสามประเภท ได้แก่:

เปิดระบบอุณหพลศาสตร์

เป็นการแลกเปลี่ยนระหว่างพลังงานและสสาร

ระบบอุณหพลศาสตร์ปิด

ไม่แลกเปลี่ยนสสาร แต่แลกเปลี่ยนพลังงาน

ระบบอุณหพลศาสตร์ที่แยกได้

ไม่แลกเปลี่ยนสสารหรือพลังงาน

หลักการของอุณหพลศาสตร์

อุณหพลศาสตร์มีปัจจัยพื้นฐานบางประการที่กำหนดปริมาณทางกายภาพพื้นฐานที่แสดงถึงระบบอุณหพลศาสตร์ หลักการเหล่านี้อธิบายว่าพฤติกรรมของพวกเขาเป็นอย่างไรภายใต้เงื่อนไขบางประการและป้องกันการเกิดขึ้นของปรากฏการณ์บางอย่าง

ร่างกายมีการกล่าวถึงอยู่ในสมดุลความร้อนเมื่อความร้อนมันรับรู้และส่งเสียงมีความเท่าเทียมกันในกรณีนี้อุณหภูมิของจุดทั้งหมดจะคงที่และคงที่ กรณีที่ขัดแย้งกันของสมดุลทางความร้อนคือเหล็กที่สัมผัสกับดวงอาทิตย์

อุณหภูมิของร่างกายนี้เมื่อถึงจุดสมดุลแล้วจะยังคงสูงกว่าสภาพแวดล้อมเนื่องจากการมีส่วนร่วมอย่างต่อเนื่องของพลังงานแสงอาทิตย์จะได้รับการชดเชยโดยที่ร่างกายแผ่รังสีและสูญเสียไปด้วยการนำและการพาความร้อน

หลักการศูนย์ของอุณหพลศาสตร์หรือกฎหมายศูนย์ของอุณหพลศาสตร์เป็นปัจจุบันเมื่อสองหน่วยงานในการติดต่ออยู่ที่อุณหภูมิเดียวกันหลังจากถึงสมดุลความร้อน เป็นที่เข้าใจได้ง่ายว่าร่างกายที่เย็นที่สุดจะอุ่นขึ้นและตัวที่อุ่นขึ้นจะเย็นลงดังนั้นการไหลเวียนของความร้อนระหว่างทั้งสองจะลดลงเมื่อความแตกต่างของอุณหภูมิลดลง

"> กำลังโหลด…

กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์

หลักการแรกของอุณหพลศาสตร์คือหลักการอนุรักษ์พลังงาน (อย่างถูกต้องและตามทฤษฎีสัมพัทธภาพของสสาร - พลังงาน) ตามที่มันไม่ได้ถูกสร้างขึ้นหรือถูกทำลายแม้ว่ามันจะสามารถเปลี่ยนรูปได้ด้วยวิธีใดวิธีหนึ่ง ไปยังอีก

หลักการทั่วไปของพลังงานช่วยให้เราสามารถยืนยันได้ว่าการเปลี่ยนแปลงของแรงภายในของระบบคือผลรวมของงานที่ดำเนินการและถ่ายโอนซึ่งเป็นคำสั่งเชิงตรรกะเนื่องจากได้รับการยอมรับว่างานและความร้อนเป็นวิธีการถ่ายเทพลังงานและไม่ใช่ สร้างหรือทำลาย

พลังงานภายในของระบบถูกเข้าใจว่าเป็นผลรวมของพลังงานที่แตกต่างกันและของอนุภาคทั้งหมดที่ประกอบกันเช่นพลังงานจลน์ของการแปลการหมุนและการสั่นสะเทือนพลังงานของการยึดเกาะการทำงานร่วมกันเป็นต้น

หลักการแรกบางครั้งถูกระบุว่าเป็นไปไม่ได้ของการดำรงอยู่ของอุปกรณ์เคลื่อนที่ตลอดกาลของประเภทแรกนั่นคือความเป็นไปได้ในการผลิตงานโดยไม่ต้องใช้พลังงานในรูปแบบใด ๆ ที่มันแสดงออกมา

หลักการที่สองของอุณหพลศาสตร์

หลักการที่สองนี้เกี่ยวข้องกับการไม่สามารถย้อนกลับได้ของเหตุการณ์ทางกายภาพโดยเฉพาะอย่างยิ่งในเวลาที่มีการถ่ายเทความร้อน

ข้อเท็จจริงจากการทดลองจำนวนมากแสดงให้เห็นว่าการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติมีความหมายบางอย่างโดยไม่เคยมีใครสังเกตเห็นว่ามันดำเนินไปในทิศทางตรงกันข้ามโดยธรรมชาติ

หลักการที่สองของอุณหพลศาสตร์เป็นลักษณะทั่วไปของสิ่งที่ประสบการณ์สอนเกี่ยวกับความรู้สึกที่เกิดการเปลี่ยนแปลงตามธรรมชาติ สนับสนุนสูตรต่างๆที่เทียบเท่าจริง ลอร์ดเคลวินนักฟิสิกส์และนักคณิตศาสตร์ชาวอังกฤษกล่าวไว้ในเงื่อนไขเหล่านี้ในปี 1851 "เป็นไปไม่ได้ที่จะทำการเปลี่ยนแปลงซึ่งผลลัพธ์เพียงอย่างเดียวคือการเปลี่ยนเป็นการทำงานของความร้อนที่สกัดจากแหล่งเดียวที่มีอุณหภูมิสม่ำเสมอ"

นี่เป็นหนึ่งในกฎที่สำคัญที่สุดของอุณหพลศาสตร์ในฟิสิกส์ แม้ว่าจะสามารถกำหนดรูปแบบได้หลายวิธี แต่ก็นำไปสู่การอธิบายแนวคิดเรื่องการเปลี่ยนกลับไม่ได้และเอนโทรปี Rudolf Clausius นักฟิสิกส์และนักคณิตศาสตร์ชาวเยอรมันได้สร้างความไม่เท่าเทียมกันที่สัมพันธ์กันระหว่างอุณหภูมิของแหล่งความร้อนตามจำนวนที่กำหนดและปริมาณความร้อนที่ดูดซับโดยพวกมันเมื่อสสารผ่านกระบวนการที่เป็นวัฏจักรใด ๆ ย้อนกลับได้หรือย้อนกลับไม่ได้โดยแลกเปลี่ยนความร้อนด้วย แหล่งที่มา

ในโรงไฟฟ้าพลังน้ำพลังงานไฟฟ้าผลิตจากพลังงานศักย์ของน้ำที่ถูกทำลาย พลังงานนี้จะถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานจลน์เมื่อน้ำไหลผ่านท่อและพลังงานจลน์ส่วนเล็ก ๆ จะถูกเปลี่ยนเป็นแรงจลน์ของกังหันซึ่งมีแกนรวมอยู่กับแกนของตัวเหนี่ยวนำของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับซึ่งสร้างแรง ไฟฟ้า.

หลักการแรกของอุณหพลศาสตร์ช่วยให้เรามั่นใจได้ว่าในการเปลี่ยนแปลงจากพลังงานรูปแบบหนึ่งไปยังอีกรูปแบบหนึ่งไม่มีทั้งการเพิ่มขึ้นหรือการลดลงของพลังงานเริ่มต้นหลักการที่สองบอกเราว่าส่วนหนึ่งของพลังงานนั้นจะถูกไล่ออกในรูปของความร้อน

หลักการที่สามของอุณหพลศาสตร์

กฎข้อที่สามได้รับการพัฒนาโดยนักเคมี Walther Nernst ในช่วงปี 1906-1912 ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงมักเรียกว่าทฤษฎีบทของ Nernstหรือสมมุติฐานของ Nernst นี้หลักการที่สามของอุณหพลศาสตร์กล่าวว่าเอนโทรปีของแน่นอนระบบศูนย์เป็นค่าคงที่แน่นอนเนื่องจากมีระบบอุณหภูมิเป็นศูนย์ในสถานะพื้นดินดังนั้นเอนโทรปีของมันจึงถูกกำหนดโดยการเสื่อมของสถานะพื้นดิน ในปีพ. ศ. 2455 Nernst ได้กำหนดกฎหมายดังกล่าว: "เป็นไปไม่ได้ด้วยขั้นตอนใด ๆ ที่จะไปถึงไอโซเทอร์ม T = 0 ในจำนวนขั้นตอนที่ จำกัด "

กระบวนการทางอุณหพลศาสตร์

ในแนวคิดของอุณหพลศาสตร์กระบวนการคือการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในระบบและนำมันจากสถานะเริ่มต้นของสมดุลไปสู่สถานะของสมดุลสุดท้าย สิ่งเหล่านี้ถูกจัดประเภทตามตัวแปรที่คงที่ตลอดกระบวนการ

กระบวนการอาจเกิดขึ้นจากการละลายน้ำแข็งจนถึงการจุดระเบิดของส่วนผสมของเชื้อเพลิงอากาศเพื่อทำการเคลื่อนที่ของลูกสูบในเครื่องยนต์สันดาปภายใน

มีสามเงื่อนไขที่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ในระบบอุณหพลศาสตร์: อุณหภูมิปริมาตรและความดัน กระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ถูกศึกษาในก๊าซเนื่องจากของเหลวไม่สามารถบีบอัดได้และจะไม่มีการเปลี่ยนแปลงปริมาตร นอกจากนี้เนื่องจากอุณหภูมิสูงของเหลวจะกลายเป็นก๊าซ ในของแข็งจะไม่มีการศึกษาทางอุณหพลศาสตร์เนื่องจากไม่สามารถบีบอัดได้และไม่มีการทำงานเชิงกลใด ๆ

ประเภทของกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์

กระบวนการเหล่านี้จัดประเภทตามแนวทางของมันเพื่อให้ตัวแปรตัวใดตัวหนึ่งคงที่ไม่ว่าจะเป็นอุณหภูมิความดันหรือปริมาตร นอกจากนี้ยังใช้เกณฑ์อื่น ๆ เช่นการแลกเปลี่ยนพลังงานและการปรับเปลี่ยนตัวแปรทั้งหมด

กระบวนการไอโซเทอร์มอล

กระบวนการ isothermal มีทุกคนในการที่อุณหภูมิของระบบคงที่สิ่งนี้ทำได้โดยการทำงานเพื่อให้ตัวแปรอื่น ๆ (P และ V) เปลี่ยนแปลงตลอดเวลา

กระบวนการไอโซบาริก

กระบวนการ isobaric ซึ่งเป็นหนึ่งในความดันคงที่การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและปริมาตรจะกำหนดการพัฒนา ปริมาตรสามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างอิสระเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง

กระบวนการ Isochoric

ในกระบวนการ isochoric ปริมาณคงที่นอกจากนี้ยังถือได้ว่าเป็นระบบที่ระบบไม่สร้างงานใด ๆ (W = 0)

โดยพื้นฐานแล้วเป็นปรากฏการณ์ทางกายภาพหรือทางเคมีที่ศึกษาภายในภาชนะใด ๆ ไม่ว่าจะด้วยการกวนหรือไม่ก็ตาม

กระบวนการอะเดียแบติก

กระบวนการอะเดียแบติกคือกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ที่ไม่มีการแลกเปลี่ยนความร้อนจากระบบสู่ภายนอกหรือในทิศทางตรงกันข้าม ตัวอย่างของกระบวนการประเภทนี้ ได้แก่ กระบวนการที่สามารถทำได้ในกระติกน้ำร้อนสำหรับเครื่องดื่ม

"> กำลังโหลด…

ตัวอย่างของกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์

• ตัวอย่างของกระบวนการไอโซคอริก: ปริมาตรของก๊าซจะคงที่ เมื่อเกิดการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิประเภทใดก็ตามจะมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงความดัน เช่นเดียวกับในกรณีของไอน้ำในหม้ออัดแรงดันจะเพิ่มแรงดันเมื่อมันร้อนขึ้น
• ตัวอย่างของกระบวนการไอโซเทอร์มอล: อุณหภูมิของก๊าซจะคงที่ ขณะที่การเพิ่มขึ้นของระดับเสียงความดันลดลงตัวอย่างเช่นบอลลูนในเครื่องทำสูญญากาศจะเพิ่มปริมาตรเมื่อสร้างสูญญากาศ
• ที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการอะเดียแบติก: ตัวอย่างเช่นการบีบอัดลูกสูบในปั๊มลมยางรถจักรยานหรือการบีบอัดลูกสูบของเข็มฉีดยาอย่างรวดเร็วก่อนหน้านี้บีบอัดด้วยรูทางออกที่เสียบไว้

คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับอุณหพลศาสตร์

อะไรเรียกว่าอุณหพลศาสตร์?

เป็นที่รู้จักกันในชื่อสาขาฟิสิกส์ที่รับผิดชอบในการศึกษาการกระทำทางกลของความร้อนและพลังงานรูปแบบอื่นที่คล้ายคลึงกัน การศึกษาของเขายกให้วัตถุเป็นวิธีการแบบมหภาคจริงโดยการให้เหตุผลเชิงนิรนัยและให้ความสำคัญกับตัวแปรต่างๆเช่นพลังงานภายในเอนโทรปีหรือปริมาตรตลอดจนตัวแปรที่เข้มข้นเช่นความดันอุณหภูมิหรือศักยภาพทางเคมี

อุณหพลศาสตร์คืออะไร?

อุณหพลศาสตร์สามารถนำไปใช้กับหัวข้อทางวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมต่างๆเช่นมอเตอร์ปฏิกิริยาเคมีปรากฏการณ์การขนส่งการเปลี่ยนเฟสและแม้แต่หลุมดำ นอกจากนี้ยังมีอยู่ในอาหารเนื่องจากความร้อนในห้องครัวผ่านการเปลี่ยนแปลงทางเคมีในสถาปัตยกรรมโดยศึกษาแง่มุมของพลังงานแสงอาทิตย์แบบพาสซีฟและในการผลิตกระแสไฟฟ้าโดยการขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและกังหันไอน้ำ

อะไรที่เรียกว่าระบบอุณหพลศาสตร์?

ระบบอุณหพลศาสตร์อาจเป็นได้จากเครื่องวัดอุณหภูมิอาหารกระป๋องห้องไฮเปอร์บาริกแบตเตอรี่โทรศัพท์หม้ออัดแรงดันชุดหนังถังแก๊สตู้เซฟหลอดไฟโทรทัศน์เครื่องปฏิกรณ์ นิวเคลียร์กับส่วนผสมของอากาศและน้ำมันเบนซินในเครื่องยนต์ความร้อนและเป็นที่รู้กันว่าเป็นส่วนหนึ่งของจักรวาลที่แยกออกจากส่วนที่เหลือเพื่อทำการตรวจสอบ

กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์เกี่ยวกับอะไร?

ในกฎนี้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าเอนโทรปีของระบบอุณหพลศาสตร์แบบแยกส่วนจะเพิ่มขึ้นตามเวลาที่ผ่านไปดังนั้นจึงบรรลุค่าสูงสุด เมื่อส่วนใดส่วนหนึ่งของระบบมีปฏิสัมพันธ์กับอีกส่วนหนึ่งความดันความหนาแน่นและอุณหภูมิจะถูกแบ่งออกเป็นส่วนเท่า ๆ กันทำให้เกิดสมดุลทางความร้อนโดยทั่วไป

กฎศูนย์ของอุณหพลศาสตร์คืออะไร?

ทำหน้าที่ปรับสมดุลอุณหภูมิของกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ทำให้พวกเขาแบ่งปันพลังงานที่มี ว่ากันว่าพลังงานที่สูญเสียไปจากวัตถุร้อนนั้นได้มาจากวัตถุเย็นและต้องขอบคุณกระบวนการนี้ที่ทั้งสองฝ่ายสามารถจัดการพลังงานความร้อนที่พวกเขามีให้เท่ากันได้