Vad är termodynamik:
Termodynamik är den fysikgren som studerar förhållandet mellan värme, applicerad kraft (även känd som arbete) och energiöverföring.
Ordet termodynamik kommer från de grekiska rötterna θερμο- (termo-) vilket betyder 'värme' och δυναμικός (dynamikós), som i sin tur härrör från δύναμις (dýnamis), vilket betyder 'styrka' eller 'kraft'.
Termodynamiska processer bestäms av tre grundläggande lagar.
- Den första lagen tillåter oss att förstå hur energi sparas.
- Den andra lagen används för att känna till de förutsättningar som krävs för att överföringen av energi ska ske.
- Den tredje lagen tjänar till att känna till beteendet hos system i jämvikt.
Att förstå termodynamiska processer är viktigt inom områden som industriteknik där stora mängder energi behöver användas för att köra flera maskiner.
Lagarna om termodynamik tillåter oss också att förstå systemens funktion inom områden som biokemi, kosmologi och genetik.
Lagar om termodynamik
Det finns tre lagar inom termodynamik som förklarar hur värme och energi fungerar och överförs. Vi kommer att förklara dem i detalj nedan.
Första lagen om termodynamik
Den första lagen handlar om bevarande av energi: energi skapas inte eller förstörs, den transformeras bara. Till exempel:
- Solenergi omvandlas till elektrisk energi för en bensinstation.
- Den elektriska energin kan användas för att ladda elbilens batteri.
- Elbilen kan omvandla ackumulerad energi till förskjutning.
Energi är därför alltid på språng.
Den förenklade formeln skulle vara följande:
Andra lagen om termodynamik
Den andra lagen om termodynamik gör det möjligt att bestämma två saker:
- Riktningen i vilken energiöverföring sker.
- Villkoren som är nödvändiga för att processen ska kunna omvändas.
Härifrån lär vi oss att det finns reversibla och irreversibla processer.
Till exempel blandas bordssalt spontant med vatten genom en process som kallas utspädning. Denna process frigör värme.
För att vända denna process och omforma saltkristaller måste värme appliceras, vilket gör att vattnet kan avdunsta och separera det från saltet. Systemet absorberar värme.
Den förenklade formeln skulle vara följande:
Tredje lagen om termodynamik
Den tredje lagen om termodynamik kombinerar de två tidigare lagarna och tillämpar dem på system i absolut jämvikt. I detta tillstånd finns ett minimalt energiutbyte och en maximal grad av störning (eller entropi).
Den tredje lagen tillämpas på slutna system. Dessa typer av system ses bara i teoretisk fysik och kemi.
Den förenklade formeln skulle vara den här:
Typer av system inom termodynamik
För att förstå termodynamikens lagar är det först viktigt att känna till vilka typer av system som finns och deras beteende.
Allt omkring oss består av system och de flesta av de system vi känner utbyter energi. System klassificeras i tre typer: öppna, stängda och isolerade.
- Öppna system: de utbyter energi och materia med utsidan (till exempel ett brasa).
- Stängda system: de utbyter bara energi med utsidan (till exempel en mobiltelefon).
- Isolerade system: De utbyter inte materia eller energi (de är bara teoretiska).
Medan termodynamikens första och andra lagar gäller öppna och slutna system, gäller den tredje lagen för isolerade system.
Systemets tillstånd
Det finns två grundläggande tillstånd där system (oavsett typ) kan hittas.
- Aktiva system: om det finns ett energiutbyte sägs systemet vara aktivt.
- System i vila eller jämvikt: om det inte finns något energiutbyte anses systemet vara i vila eller i jämvikt.
Värme- och värmeöverföring i termodynamik
Enligt fysik är värme det flöde av energi som finns när två system med olika temperaturer kommer i kontakt. Termisk jämvikt uppnås när alla inblandade system når samma temperatur.
I termodynamiska system, om två av dem är i jämvikt med ett tredje system, är de också i jämvikt med varandra. Därför är temperaturen konstant när man når jämvikt.
