Termodynamika - Zasady i Układy

Termodynamika

• Definicja:

  • Termodynamika to dział fizyki zajmujący się badaniem wymiany energii w postaci ciepła i pracy oraz ich wpływu na właściwości materii.

• Podstawowe zasady:

  1. Pierwsza zasada termodynamiki:

     • Energia nie może być stworzona ani zniszczona, tylko przekształcana.
     • Zmiana energii wewnętrznej (ΔU) układu jest równa ciepłu (Q) dodanemu do układu minus praca (W) wykonana przez układ: ΔU = Q - W.

  2. Druga zasada termodynamiki:

     • Procesy naturalne mają tendencję do zwiększania entropii (S) układu.
     • Ciepło nie może samoistnie przepływać z zimnego ciała do ciepłego.

  3. Trzecia zasada termodynamiki:

     • Nie można osiągnąć zera bezwzględnego w skończonej liczbie kroków. Przy zera bezwzględnym entropia osiąga minimalną wartość.

• Układy termodynamiczne:

  • Układ zamknięty: wymienia energię, ale nie masę z otoczeniem.
  • Układ otwarty: wymienia zarówno energię, jak i masę.
  • Układ izolowany: nie wymienia ani energii, ani masy z otoczeniem.

• Procesy termodynamiczne:

  • Izolowane: brak wymiany ciepła i pracy.
  • Izotermiczne: temperatura pozostaje stała (Q = W).
  • Adiabatyczne: brak wymiany ciepła (Q = 0).
  • Izobariczne: ciśnienie jest stałe.
  • Izohoryczne: objętość jest stała.

• Typy energii:

  • Energia wewnętrzna (U): suma energii kinetycznej i potencjalnej cząsteczek.
  • Ciepło (Q): energia przekazywana między układami w wyniku różnicy temperatur.
  • Praca (W): energia przekazywana przez układ na skutek działania siły.

• Zastosowania:

  • Termodynamika ma zastosowanie w inżynierii, chemii, biologii, fizyce, a także w codziennych technologiach, jak silniki cieplne, lodówki, klimatyzacja.

Definicja termodynamiki

• Termodynamika bada wymianę energii w postaci ciepła i pracy oraz ich wpływ na właściwości materii.

Podstawowe zasady termodynamiki

• Pierwsza zasada: Energia nie może być stworzona ani zniszczona, tylko przekształcana.

  • Zmiana energii wewnętrznej (ΔU) układu wyraża się równaniem: ΔU = Q - W, gdzie Q to ciepło dodane, a W to praca wykonana przez układ.

• Druga zasada: Procesy naturalne mają tendencję do zwiększania entropii (S) układu.

  • Ciepło nie może samoczynnie przepływać z zimnego ciała do ciepłego.

• Trzecia zasada: Nie można osiągnąć zera bezwzględnego w skończonej liczbie kroków.

  • Przy zerze bezwzględnym entropia osiąga minimalną wartość.

Układy termodynamiczne

• Układ zamknięty: Wymienia energię, ale nie masę z otoczeniem.
• Układ otwarty: Wymienia zarówno energię, jak i masę.
• Układ izolowany: Nie wymienia ani energii, ani masy z otoczeniem.

Procesy termodynamiczne

• Izolowane: Nie ma wymiany ciepła ani pracy.
• Izotermiczne: Temperatura pozostaje stała, co implikuje Q = W.
• Adiabatyczne: Brak wymiany ciepła, co oznacza Q = 0.
• Izobariczne: Ciśnienie jest stałe.
• Izohoryczne: Objętość jest stała.

Typy energii

• Energia wewnętrzna (U): Soma energii kinetycznej i potencjalnej cząsteczek.
• Ciepło (Q): Energia przekazywana między układami w wyniku różnicy temperatur.
• Praca (W): Energia przekazywana przez układ na skutek działania siły.

Zastosowania termodynamiki

• Wykorzystanie w inżynierii, chemii, biologii i fizyce.
• Przykłady zastosowań obejmują silniki cieplne, lodówki i systemy klimatyzacji.