Thermodynamics ni nini? Hili ni tawi la fizikia ambalo linahusika na utafiti wa mali ya mifumo ya macroscopic. Wakati huo huo, mbinu za kubadilisha nishati na mbinu za uhamisho wake pia huanguka chini ya utafiti. Thermodynamics ni tawi la fizikia ambalo husoma michakato inayotokea katika mifumo na majimbo yao. Tutazungumza kuhusu kile kingine kilicho kwenye orodha ya mambo anayosoma.
Ufafanuzi
Katika picha hapa chini unaweza kuona mfano wa thermogram iliyopatikana wakati wa kusoma jagi la maji ya moto.
Thermodynamics ni sayansi ambayo inategemea ukweli wa jumla uliopatikana kwa njia ya majaribio. Michakato inayotokea katika mifumo ya thermodynamic inaelezewa kwa kutumia wingi wa macroscopic. Orodha yao inajumuisha vigezo kama vile mkusanyiko, shinikizo, joto, na kadhalika. Ni wazi kwamba hazitumiki kwa molekuli ya mtu binafsi, lakini zinapunguzwa kwa maelezo ya mfumo katika hali yake ya jumla (kinyume na idadi hiyo ambayo hutumiwa katika electrodynamics, kwa mfano).
Thermodynamics ni tawi la fizikia ambalo pia lina sheria zake. Wao, kama wengine, ni wa asili ya jumla. Maelezo mahususi ya muundo wa adutu nyingine yoyote tuliyochagua haitakuwa na athari kubwa kwa asili ya sheria. Ndiyo maana wanasema kwamba tawi hili la fizikia ni mojawapo ya zinazotumika zaidi (au tuseme, kutumika kwa mafanikio) katika sayansi na teknolojia.
Maombi
Orodha ya mifano inaweza kuwa ndefu sana. Kwa mfano, suluhisho nyingi kulingana na sheria za thermodynamic zinaweza kupatikana katika uwanja wa uhandisi wa joto au tasnia ya nguvu ya umeme. Bila kusema juu ya maelezo na uelewa wa athari za kemikali, mabadiliko ya awamu, matukio ya uhamisho. Kwa njia, thermodynamics "inashirikiana" na mienendo ya quantum. Duara la mgusano wao ni maelezo ya hali ya mashimo meusi.
Sheria
Picha iliyo hapo juu inaonyesha kiini cha mojawapo ya michakato ya thermodynamic - convection. Tabaka zenye joto huinuka, tabaka baridi huanguka chini.
Jina mbadala la sheria, ambalo, kwa njia, hutumiwa mara nyingi zaidi kuliko sivyo, ni mwanzo wa thermodynamics. Hadi sasa, kuna tatu kati yao (pamoja na "sifuri" moja, au "jumla"). Lakini kabla ya kuzungumza juu ya nini kila moja ya sheria inamaanisha, hebu tujaribu kujibu swali la kanuni za thermodynamics ni nini.
Ni seti ya machapisho fulani ambayo huunda msingi wa kuelewa michakato inayotokea katika mifumo mikubwa. Masharti ya kanuni za thermodynamics ilianzishwa kwa nguvu kama mfululizo mzima wa majaribio na utafiti wa kisayansi ulifanyika. Kwa hivyo, kuna ushahidi fulanikuturuhusu kupitisha machapisho bila shaka moja kuhusu usahihi wake.
Baadhi ya watu wanashangaa ni kwa nini mfumo wa hali ya hewa unahitaji sheria hizi. Kweli, tunaweza kusema kwamba hitaji la kuzitumia ni kwa sababu ya ukweli kwamba katika sehemu hii ya fizikia, vigezo vya macroscopic vinaelezewa kwa jumla, bila maoni yoyote ya kuzingatia asili yao ya microscopic au sifa za mpango huo huo. Hii sio uwanja wa thermodynamics, lakini ya fizikia ya takwimu, kuwa maalum zaidi. Jambo lingine muhimu ni ukweli kwamba kanuni za thermodynamics zinajitegemea kila mmoja. Hiyo ni, moja ya sekunde haitafanya kazi.
Maombi
Matumizi ya thermodynamics, kama ilivyotajwa awali, huenda katika pande nyingi. Kwa njia, moja ya kanuni zake inachukuliwa kama msingi, ambayo inatafsiriwa tofauti katika mfumo wa sheria ya uhifadhi wa nishati. Suluhu na machapisho ya hali ya joto yanatekelezwa kwa mafanikio katika tasnia kama vile tasnia ya nishati, biomedicine, na kemia. Hapa katika nishati ya kibiolojia, sheria ya uhifadhi wa nishati na sheria ya uwezekano na mwelekeo wa mchakato wa thermodynamic hutumiwa sana. Pamoja na hili, dhana tatu za kawaida hutumiwa pale, ambayo kazi nzima na maelezo yake yanategemea. Huu ni mfumo wa halijoto, mchakato na awamu ya mchakato.
Taratibu
Michakato katika thermodynamics ina viwango tofauti vya uchangamano. Kuna saba kati yao. Kwa ujumla, mchakato katika kesi hii unapaswa kueleweka kama si kitu zaidi ya mabadiliko katika hali ya macroscopicambayo mfumo ulitolewa hapo awali. Inapaswa kueleweka kuwa tofauti kati ya hali ya awali ya masharti na matokeo ya mwisho inaweza kuwa kidogo.
Ikiwa tofauti ni ndogo sana, basi tunaweza kuita mchakato ambao umefanyika kuwa wa msingi. Ikiwa tutajadili michakato, tutalazimika kutaja masharti ya ziada. Mmoja wao ni "mwili wa kufanya kazi". Kioevu kinachofanya kazi ni mfumo ambamo mchakato mmoja au kadhaa wa joto hufanyika.
Michakato imegawanywa kwa kawaida kuwa isiyo na usawa na usawa. Katika kesi ya mwisho, majimbo yote ambayo mfumo wa thermodynamic unapaswa kupita ni, kwa mtiririko huo, hakuna usawa. Mara nyingi, mabadiliko ya majimbo hutokea katika matukio hayo kwa kasi ya haraka. Lakini michakato ya usawa iko karibu na ile ya quasi-static. Ndani yake, mabadiliko ni mpangilio wa ukubwa polepole zaidi.
Michakato ya joto inayofanyika katika mifumo ya halijoto inaweza kutenduliwa na isiyoweza kutenduliwa. Ili kuelewa kiini, hebu tugawanye mlolongo wa vitendo katika vipindi fulani katika uwakilishi wetu. Ikiwa tunaweza kufanya mchakato sawa kinyume na "vituo vya njia" sawa, basi inaweza kuitwa reversible. Vinginevyo, haitafanya kazi.
