Čo je termodynamika? Ide o oblasť fyziky, ktorá sa zaoberá štúdiom vlastností makroskopických systémov. Zároveň do štúdie spadajú aj spôsoby premeny energie a spôsoby jej prenosu. Termodynamika je oblasť fyziky, ktorá študuje procesy prebiehajúce v systémoch a ich stavoch. Porozprávame sa o tom, čo ešte je na zozname vecí, ktoré študuje.
Definícia
Na obrázku nižšie môžete vidieť príklad termogramu získaného pri štúdiu džbánu s horúcou vodou.
Termodynamika je veda, ktorá sa opiera o zovšeobecnené fakty získané empiricky. Procesy vyskytujúce sa v termodynamických systémoch sú opísané pomocou makroskopických veličín. Ich zoznam obsahuje parametre ako koncentrácia, tlak, teplota a podobne. Je zrejmé, že nie sú použiteľné pre jednotlivé molekuly, ale sú zredukované na popis systému v jeho všeobecnej forme (na rozdiel od veličín, ktoré sa používajú napríklad v elektrodynamike).
Termodynamika je odvetvie fyziky, ktoré má tiež svoje vlastné zákony. Rovnako ako ostatné sú všeobecnej povahy. Konkrétne detaily štruktúry aakákoľvek iná látka, ktorú sme si vybrali, nebude mať významný vplyv na povahu zákonov. Preto sa hovorí, že toto odvetvie fyziky je jedným z najpoužiteľnejších (alebo skôr úspešne aplikovaných) vo vede a technike.
Aplikácia
Zoznam príkladov môže byť veľmi dlhý. Mnoho riešení založených na termodynamických zákonoch možno nájsť napríklad v oblasti tepelnej techniky alebo elektroenergetiky. O popise a chápaní chemických reakcií, fázových prechodov, prenosových javov netreba hovoriť. Termodynamika istým spôsobom „spolupracuje“s kvantovou dynamikou. Sféra ich kontaktu je popisom fenoménu čiernych dier.
Zákony
Vyššie uvedený obrázok ukazuje podstatu jedného z termodynamických procesov – konvekcie. Teplé vrstvy hmoty stúpajú nahor, studené vrstvy klesajú.
Alternatívny názov zákonov, ktorý sa mimochodom používa častejšie, je začiatkom termodynamiky. K dnešnému dňu sú tri z nich (plus jedna „nula“alebo „všeobecná“). Ale predtým, než sa porozprávame o tom, čo každý zo zákonov implikuje, skúsme si odpovedať na otázku, aké sú princípy termodynamiky.
Sú súborom určitých postulátov, ktoré tvoria základ pre pochopenie procesov prebiehajúcich v makrosystémoch. Ustanovenia princípov termodynamiky boli stanovené empiricky ako celý rad experimentov a vedeckých výskumov. Existuje teda niekoľko dôkazovčo nám umožňuje prijať postuláty bez jedinej pochybnosti o ich správnosti.
Niektorí ľudia sa čudujú, prečo termodynamika potrebuje práve tieto zákony. Môžeme povedať, že potreba ich použitia je spôsobená skutočnosťou, že v tejto časti fyziky sú makroskopické parametre opísané všeobecným spôsobom, bez akéhokoľvek náznaku zohľadnenia ich mikroskopickej povahy alebo vlastností rovnakého plánu. Toto nie je oblasť termodynamiky, ale štatistickej fyziky, aby som bol konkrétnejší. Ďalšou dôležitou vecou je fakt, že princípy termodynamiky sú na sebe nezávislé. To znamená, že jeden z druhých nebude fungovať.
Aplikácia
Aplikácia termodynamiky, ako už bolo spomenuté, sa uberá mnohými smermi. Mimochodom, jeden z jeho princípov je braný ako základ, ktorý je interpretovaný rôzne vo forme zákona o zachovaní energie. Termodynamické riešenia a postuláty sa úspešne implementujú v takých odvetviach, ako je energetický priemysel, biomedicína a chémia. Tu v biologickej energii sa široko používa zákon zachovania energie a zákon pravdepodobnosti a smeru termodynamického procesu. Spolu s tým sú tam použité tri najbežnejšie pojmy, na ktorých je založené celé dielo a jeho popis. Toto je termodynamický systém, proces a fáza procesu.
Procesy
Procesy v termodynamike majú rôzny stupeň zložitosti. Je ich sedem. Vo všeobecnosti by sa proces v tomto prípade nemal chápať ako nič iné ako zmena makroskopického stavu, vktorý systém dostal skôr. Malo by byť zrejmé, že rozdiel medzi podmieneným počiatočným stavom a konečným výsledkom môže byť zanedbateľný.
Ak je rozdiel nekonečne malý, potom môžeme proces, ktorý prebehol, nazvať elementárnym. Ak budeme diskutovať o procesoch, budeme sa musieť uchýliť k spomenutiu ďalších podmienok. Jedným z nich je „pracovný orgán“. Pracovná tekutina je systém, v ktorom prebieha jeden alebo niekoľko tepelných procesov.
Procesy sa konvenčne delia na nerovnovážne a rovnovážne. V druhom prípade sú všetky stavy, ktorými musí termodynamický systém prejsť, nerovnovážne. Často k zmene stavov dochádza v takýchto prípadoch rýchlym tempom. Ale rovnovážne procesy sú blízke kvázistatickým procesom. V nich sú zmeny rádovo pomalšie.
Tepelné procesy prebiehajúce v termodynamických systémoch môžu byť reverzibilné aj nezvratné. Aby sme pochopili podstatu, rozdeľme postupnosť akcií v našom znázornení do určitých intervalov. Ak dokážeme urobiť ten istý proces opačne s rovnakými „medzistanicami“, potom to možno nazvať reverzibilným. V opačnom prípade to nebude fungovať.
