우리는 열역학 법칙이 무엇인지, 이러한 원리의 기원과 각각의 주요 특성이 무엇인지 설명합니다.
열역학 법칙은 무엇입니까?
열역학 법칙(또는 열역학 원리)은 세 가지 기본 물리량의 거동을 설명합니다. 온도, 에너지 그리고엔트로피, 열역학 시스템을 특성화합니다. 열역학(thermodynamics)이라는 용어는 그리스어에서 유래 보온병, 무슨 뜻인가요 "열", 야 발전기, 무슨 뜻인가요 "힘”.
수학적으로 이러한 원리는 다음과 같이 설명됩니다. 세트 연구 대상으로 정의되는 열역학 시스템의 거동을 설명하는 방정식 분자 또는 인간, 까지 대기 또는 냄비에 끓는 물).
열역학의 4가지 법칙이 있으며 이는 물리적 법칙을 이해하는 데 중요합니다. 우주 및 다음과 같은 특정 현상의 불가능 움직임 빈번한.
열역학 법칙의 기원
의 네 가지 원칙 열역학 그것들은 다른 기원을 가지고 있으며 일부는 이전 것들에서 공식화되었습니다. 사실 처음으로 확립된 것은 1824년 프랑스 물리학자이자 공학자인 Nicolás Léonard Sadi Carnot의 두 번째 연구였습니다.
그러나 1860년에 이 원리는 Rudolf Clausius와 William Thompson에 의해 다시 공식화되었으며, 이후 우리가 현재 열역학 제1법칙이라고 부르는 것을 추가했습니다. 나중에 1906년과 1912년 사이에 Walther Nernst의 연구 덕분에 발생했기 때문에 "Nerst 공준"으로도 알려진 세 번째 공준이 나타났습니다.
마침내 1930년 구겐하임과 파울러가 제안한 이른바 '제로 법칙'이 등장했다. 모든 영역에서 그것이 진정한 법으로 인정되는 것은 아니라고 말해야 합니다.
열역학 제1법칙
첫 번째 법칙은 "에너지 보존 법칙"이라고 불립니다. 체계 환경과 격리된 상태에서 에너지의 총량은 한 형태에서 다른 형태의 에너지로 변환될 수 있더라도 항상 동일합니다. 즉, 에너지는 생성되거나 소멸될 수 없으며 변환될 뿐입니다.
따라서 물리적 시스템에 주어진 양의 열(Q)을 공급함으로써 전체 에너지 양은 공급된 열에서 뺀 값으로 계산할 수 있습니다.직업 (W) 시스템이 주변 환경에서 수행합니다. 공식으로 표현: ΔU = Q - W.
이 법칙의 예로 비행기 엔진을 상상해보자. 연료로 구성되어 있는 열역학적 시스템으로, 연소 과정에서 화학적으로 반응합니다. 연소, 열을 방출하고 일을 합니다(비행기를 움직이게 함). 따라서 수행한 작업의 양과 방출되는 열을 측정할 수 있다면 시스템의 총 에너지를 계산할 수 있고 비행 중에 엔진의 에너지가 일정하게 유지된다는 결론을 내릴 수 있습니다. 에너지는 생성되지도 소멸되지도 않고 변경됩니다. 의 화학 에너지 에게 열량 에너지 와이운동 에너지 (움직임, 즉 일).
열역학 제2법칙
«엔트로피의 법칙»이라고도 하는 두 번째 법칙은 다음과 같이 요약될 수 있습니다. 엔트로피 우주에서 증가하는 경향이 있습니다. 날씨. 이는 계의 무질서의 정도가 계의 가장 큰 무질서 상태인 평형점에 도달할 때까지 증가한다는 것을 의미한다.
이 법칙은 물리적 시스템의 경우 무질서의 정도를 나타내는 엔트로피 개념(문자 S로 표시)인 물리학의 기본 개념을 도입합니다. 에너지 변환이 일어나는 모든 물리적 과정에서 일정량의 에너지는 사용할 수 없다는 것, 즉 일을 할 수 없다는 것이 밝혀졌습니다. 일을 할 수 없다면 대부분의 경우 그 에너지는 열입니다. 시스템이 방출하는 열은 시스템의 무질서, 즉 엔트로피를 증가시킵니다. 엔트로피는 시스템의 무질서를 측정합니다.
이 법칙의 공식화는 엔트로피(dS)의 변화가 항상열전달 (dQ)를 시스템의 온도(T)로 나눈 값입니다. 즉, dS ≥ dQ/T입니다.
예를 들어 이것을 이해하려면 일정량의 불을 태우면 충분합니다. 문제 그런 다음 결과 재를 수집하십시오. 그것들의 무게를 달았을 때, 우리는 그것이 초기 상태에 있던 것보다 덜 물질임을 확인할 것입니다. 물질의 일부는 다음과 같은 형태로 열로 변환되었습니다. 가스 그들은 시스템에서 작업을 수행할 수 없으며 시스템의 무질서에 기여합니다.
열역학 제3법칙
세 번째 법칙은 절대 0이 되는 시스템의 엔트로피는 일정한 상수가 될 것이라고 명시합니다. 다시 말해:
- 절대 영도(켈빈 단위의 영)에 도달하면 물리적 시스템의 프로세스가 중지됩니다.
- 절대 영도(켈빈 단위의 영)에 도달하면 엔트로피는 일정한 최소값을 갖습니다.
일명 절대 영도(-273.15 ° C)에 도달하기는 어렵지만 냉동실에서 일어나는 일을 분석하여 이 법칙에 대해 생각할 수 있습니다. 음식 우리가 거기에 예금하는 것은 너무 추워서 그 안의 생화학적 과정이 느려지거나 심지어 멈출 것입니다. 그래서 분해가 늦어지고 소비 훨씬 더 오랫동안.
열역학의 제로 법칙
마지막으로 실행되었지만 "제로 법칙"은 그 이름으로 알려져 있습니다. 또한 ~으로 알려진 열평형의 법칙, 이 원칙은 다음과 같이 지시합니다. 열 평형 세 번째 시스템과 독립적으로 서로 열평형 상태에 있어야 합니다.” 논리적으로 다음과 같이 표현할 수 있습니다. A = C이고 B = C이면 A = B입니다.
이 법칙을 통해 세 개의 다른 물체 A, B, C의 열 에너지를 비교할 수 있습니다. 물체 A가 물체 C와 열평형 상태에 있고(같은 온도를 가짐) B도 C와 온도가 같으면 A와 B는 같은 온도를 가지고 있습니다.
이 원리를 설명하는 또 다른 방법은 온도가 다른 두 물체가 접촉할 때 온도가 같아질 때까지 열을 교환한다고 주장하는 것입니다.
이 법의 일상적인 예는 쉽게 찾을 수 있습니다. 우리가 찬 물이나 뜨거운 물에 들어갈 때, 우리 몸은 열 평형 상태에 들어가기 때문에 처음 몇 분 동안에만 온도 차이를 알아차릴 것입니다.물 그리고 우리는 더 이상 그 차이를 알아차리지 못할 것입니다. 우리가 덥거나 추운 방에 들어갈 때도 마찬가지입니다. 처음에는 온도를 알아차리지만 온도와 열적 평형을 이루기 때문에 그 차이를 더 이상 인식하지 못합니다.