Thermodynamics lagar

Vetenskapsgrenen termodynamik handlar om system som kan överföra termisk energi till minst en annan form av energi (mekanisk, elektrisk, etc.) eller i arbete. Termodynamikens lagar utvecklades under åren som några av de mest grundläggande reglerna som följs när ett termodynamiskt system går igenom någon form av energiförändring.

Termodynamikens historia

Termodynamikens historia börjar med Otto von Guericke som 1650 byggde världens första vakuumpump och demonstrerade ett vakuum med sina Magdeburg hemisfärer. Guericke drevs att göra ett vakuum för att motbevisa Aristoteles långvariga antagande om att "naturen avstår ett vakuum". Strax efter Guericke hade den engelska fysikern och kemisten Robert Boyle lärt sig om Guerickes mönster och byggde 1656 i samordning med den engelska forskaren Robert Hooke en luftpump. Med hjälp av denna pump märkte Boyle och Hooke ett samband mellan tryck, temperatur och volym. Med tiden formulerades Boyle's Law som säger att tryck och volym är omvänt proportionella. 

Konsekvenser av lagarna för termodynamik

Termodynamikens lagar tenderar att vara ganska lätt att ange och förstå ... så mycket att det är lätt att underskatta den påverkan de har. De sätter bland annat begränsningar för hur energi kan användas i universum. Det skulle vara mycket svårt att betona för mycket hur betydande detta koncept är. Konsekvenserna av termodynamikens lagar berör nästan alla aspekter av vetenskaplig utredning på något sätt.

Nyckelbegrepp för att förstå termodynamikens lagar

För att förstå termodynamikens lagar är det viktigt att förstå några andra termodynamikbegrepp som hänför sig till dem.

• Termodynamiköversikt - en översikt över de grundläggande principerna för termodynamikområdet
• Värmeenergi - en grundläggande definition av värmeenergi
• Temperatur - en grundläggande definition av temperatur
• Introduktion till värmeöverföring - en förklaring av olika värmeöverföringsmetoder.
• Termodynamiska processer - termodynamikens lagar gäller mestadels för termodynamiska processer, när ett termodynamiskt system går igenom någon form av energisk överföring.

Utveckling av termodynamikens lagar

Studien av värme som en distinkt form av energi började ungefär 1798 när Sir Benjamin Thompson (även känd som grev Rumford), en brittisk militäringenjör, märkte att värme kunde genereras i proportion till mängden arbete som gjorts ... ett grundläggande koncept som skulle till slut bli en konsekvens av termodynamikens första lag.

Den franska fysikern Sadi Carnot formulerade först en grundprincip för termodynamik 1824. De principer som Carnot använde för att definiera hans Carnot cykel värmemotorn skulle till slut översätta till termodynamikens andra lag av den tyska fysikern Rudolf Clausius, som också ofta krediteras för formuleringen av den första termodynamiklagen..

En del av orsaken till den snabba utvecklingen av termodynamik under 1800-talet var behovet av att utveckla effektiva ångmotorer under den industriella revolutionen.

Kinetisk teori och termodynamikens lagar

Termodynamikens lagar handlar inte särskilt om det specifika hur och varför värmeöverföring, vilket är vettigt för lagar som formulerades innan atomteorin antogs fullt ut. De hanterar summan av energi och värmeövergångar i ett system och tar inte hänsyn till den specifika karaktären av värmeöverföring på atom- eller molekylnivå..

Thermodynamics Zeroeth-lag

Denna nollethet är en slags transitiv egenskap av termisk jämvikt. Matematikens övergående egenskap säger att om A = B och B = C, då A = C. Samma sak gäller termodynamiska system som är i termisk jämvikt.

En följd av lagen om nollhet är tanken på att mäta temperatur har någon mening. För att mäta temperaturen måste termisk jämvikt nås mellan termometern som helhet, kvicksilveret inne i termometern och ämnet som mäts. Detta resulterar i sin tur i att exakt kunna berätta vad ämnets temperatur är.

Denna lag förstods utan att uttryckligen anges genom mycket av historien om termodynamikstudier, och det förstod först att det var en lag i sig själv i början av 1900-talet. Det var den brittiska fysikern Ralph H. Fowler som först myntade uttrycket "zeroeth law", baserat på en övertygelse om att den var mer grundläggande även än de andra lagarna.

Termodynamikens första lag

Även om detta kan låta komplicerat, är det verkligen en mycket enkel idé. Om du lägger till värme till ett system är det bara två saker som kan göras - ändra systemets interna energi eller få systemet att arbeta (eller, naturligtvis, en kombination av de två). All värmeenergi måste gå till att göra dessa saker.