Al camp de la física, hi ha una branca encarregada d'estudiar les transformacions produïdes per la calor i el treball en el sistema. Es tracta de termodinàmica. És una branca de la física que s'encarrega de l'estudi de totes les transicions, que són només el resultat d'un procés que implica canvis en les variables d'estat de temperatura i energia a nivell macro. Hi ha diversos principis de la termodinàmica que són fonamentals per a nombrosos aspectes de la física, i aquests principis són crucials per entendre la relació entre energia i treball en diferents sistemes.
Per això, anem a explicar en aquest article quins són els principis de la termodinàmica i quina és la seva importància.
Característiques de la termodinàmica
Si analitzem la termodinàmica clàssica, trobarem que es basa en el concepte de sistemes macroscòpics. Aquest sistema només és una part de la qualitat física o conceptual de la separació de l'entorn extern. Per estudiar millor el sistema termodinàmic sempre s'assumeix que és una massa física que no es veu pertorbada per l'intercanvi d'energia amb l'ecosistema extern. L'estat d'un sistema macroscòpic en equilibri s'especifica mitjançant quantitats anomenades variables termodinàmiques. Coneixem totes aquestes variables: temperatura, pressió, volum i composició química. Totes aquestes variables defineixen el sistema i el seu equilibri, cosa que es relaciona amb les unitats de temperatura que utilitzem a la termodinàmica. Gràcies a l'aliança internacional d'aplicacions, s'han establert els símbols principals de la termodinàmica química. L'ús d'aquestes unitats pot funcionar millor i explicar els principis de la termodinàmica.
Tot i això, hi ha una branca de la termodinàmica que no estudia l'equilibri, sinó que s'encarreguen d'analitzar els processos termodinàmics que es caracteritzen principalment per no tenir la capacitat d'aconseguir condicions d'equilibri de manera estable. Aquestes branques estan directament relacionades amb diverses aplicacions a la física contemporània.
Principis de la termodinàmica
Hi ha 4 principis de la termodinàmica, enumerades de zero a tres punts, aquestes lleis ajuden a comprendre totes les lleis de la física al nostre univers i és impossible veure certs fenòmens al nostre món. També són coneguts pel nom de lleis de la termodinàmica. Aquestes lleis tenen orígens diferents. Alguns estan formulats a partir de fórmules anteriors. La darrera llei coneguda de la termodinàmica és la llei zero. Aquestes lleis són permanents en totes les investigacions i investigacions realitzades al laboratori. Són essencials per comprendre com funciona el nostre univers. Descriurem els principis de la termodinàmica un per un.
primer principi
Aquesta llei diu que lenergia no es pot crear ni destruir, només es pot transformar. Això també es coneix com la llei de conservació de lenergia. En realitat això significa que en qualsevol sistema físic aïllat del seu entorn, tota la seva energia serà sempre la mateixa. Tot i que l'energia es pot convertir en altres tipus d'energia d'una manera o altra, la suma de totes aquestes energies sempre és la mateixa. Aquest principi és fonamental en la comprensió de la .
Donarem un exemple per entendre-ho millor. Seguint aquest principi, si aportem certa quantitat d'energia a un sistema físic en forma de calor, podem calcular l'energia total trobant la diferència entre l'augment d'energia interna i el treball realitzat pel sistema i voltants. És a dir, la diferència entre l'energia que té el sistema en aquest moment i el treball que ha realitzat serà l'energia tèrmica alliberada.
segon principi
Si hi ha prou temps, tots els sistemes perden eventualment l'equilibri. Aquest principi també s'anomena llei de l'entropia. Es pot resumir de la manera següent. La quantitat d'entropia a l'univers augmentarà amb el temps, cosa que té implicacions directes en l'estudi de l' entropia i el seu comportament en diversos sistemes. L'entropia del sistema és un índex per mesurar el grau de desordre. En altres paraules, el segon principi de la termodinàmica ens diu que un cop el sistema assoleix un punt d'equilibri, augmentarà el grau de desordre al sistema. Això pot significar que si donem a un sistema el temps suficient, eventualment es desequilibrarà.
Aquesta és la llei que s?encarrega d?explicar la irreversibilitat d?alguns fenòmens físics. Per exemple, ens ajuda a explicar el perquè un paper s'ha cremat un paper no pot tornar a la seva forma original . En aquest sistema conegut com el paper i el foc el desordre s'ha incrementat fins al punt que no es pot tornar a l'origen. En aquesta llei s‟introdueix la funció d‟estat d‟entropia que en el cas dels sistemes físics és la que s‟encarrega de representar el grau de desordre i la seva inevitable pèrdua d‟energia.
Per entendre el segon principi de la termodinàmica en posarem un exemple. Si cremem una quantitat determinada de matèria i la bola ajuntem amb les cendres resultants podem comprovar que hi ha menys matèria que a l'estat inicial. Això és degut a que la matèria s'ha convertit en gasos que no es poden recuperar i que tenen a la dispersió i al desordre. És així com veiem que a l'estat un hi havia almenys entropia que a l'estat dos.
tercer principi
Quan s'arriba al zero absolut, el procés de sistema físic s'atura. El zero absolut és la temperatura més baixa que podem assolir. En aquest cas, mesurem la temperatura en graus Kelvin. D'aquesta manera, es pot dir que la temperatura i el refredament provoquen que l'entropia de el sistema sigui zero. En aquests casos, és més com una constant definida. Quan arriba a el zero absolut, el procés de sistema físic s'atura. Per tant, l'entropia tindrà un valor mínim però constant.
Assolir o no el zero absolut és una tasca fàcil. El valor de zero absolut del grau de Kelvin és zero, però si ho fem servir en el mesurament de l'escala de temperatura Celsius, és -273,15 graus. Aquest principi es relaciona també amb conceptes fonamentals en la termodinàmica.
Llei zero
Aquesta llei és la darrera assumida i diu que si A = C i B = C, aleshores A = B. Això estableix les regles bàsiques i bàsiques de les altres tres lleis de la termodinàmica. És un nom que assumeix la llei de lequilibri tèrmic. En altres paraules, si el sistema i altres sistemes estan en equilibri tèrmic de manera independent, han d'estar en equilibri tèrmic. Aquesta llei permet establir principis de temperatura. Aquest principi sutilitza per comparar lenergia tèrmica de dos objectes diferents en un estat dequilibri tèrmic. Si aquests dos objectes estan en equilibri tèrmic, estaran innecessàriament a la mateixa temperatura. D'altra banda, si tots dos canvien l'equilibri tèrmic del tercer sistema també s'afectaran entre si.
Espero que amb aquesta informació puguin conèixer més sobre els principis de la termodinàmica de les seves característiques.