Co je termodynamika? Jedná se o obor fyziky, který se zabývá studiem vlastností makroskopických systémů. Zároveň do studia spadají i způsoby přeměny energie a způsoby jejího přenosu. Termodynamika je obor fyziky, který studuje procesy probíhající v systémech a jejich stavy. Promluvíme si o tom, co dalšího je na seznamu věcí, které studuje.
Definice
Na obrázku níže můžete vidět příklad termogramu získaného při studiu džbánu s horkou vodou.
Termodynamika je věda, která se opírá o zobecněná fakta získaná empiricky. Procesy probíhající v termodynamických systémech jsou popsány pomocí makroskopických veličin. Jejich seznam zahrnuje parametry, jako je koncentrace, tlak, teplota a podobně. Je jasné, že nejsou aplikovatelné na jednotlivé molekuly, ale jsou redukovány na popis systému v jeho obecné podobě (na rozdíl od těch veličin, které se používají např. v elektrodynamice).
Termodynamika je odvětví fyziky, které má také své vlastní zákony. Stejně jako ostatní jsou obecné povahy. Konkrétní detaily struktury ajakákoli jiná látka, kterou jsme zvolili, nebude mít významný vliv na povahu zákonů. Proto se říká, že toto odvětví fyziky je jedním z nejpoužitelnějších (nebo spíše úspěšně aplikovaných) ve vědě a technice.
Aplikace
Seznam příkladů může být velmi dlouhý. Mnoho řešení založených na termodynamických zákonech lze nalézt například v oblasti tepelné techniky nebo elektroenergetiky. O popisu a pochopení chemických reakcí, fázových přechodů, přenosových jevů netřeba říkat. Termodynamika svým způsobem „spolupracuje“s kvantovou dynamikou. Sféra jejich kontaktu je popisem fenoménu černých děr.
Zákony
Obrázek výše ukazuje podstatu jednoho z termodynamických procesů – konvekce. Teplé vrstvy hmoty stoupají nahoru, studené vrstvy klesají.
Alternativní název pro zákony, který se mimochodem používá častěji než ne, je počátkem termodynamiky. K dnešnímu dni jsou tři (plus jedna „nula“nebo „obecná“). Než však budeme mluvit o tom, co každý ze zákonů implikuje, pokusme se odpovědět na otázku, jaké jsou principy termodynamiky.
Jsou souborem určitých postulátů, které tvoří základ pro pochopení procesů probíhajících v makrosystémech. Ustanovení principů termodynamiky byla stanovena empiricky jako celá řada experimentů a vědeckých výzkumů. Existují tedy určité důkazycož nám umožňuje přijmout postuláty bez jediné pochybnosti o jejich přesnosti.
Někteří lidé se diví, proč termodynamika potřebuje právě tyto zákony. Můžeme říci, že potřeba jejich použití je způsobena tím, že v této části fyziky jsou makroskopické parametry popsány obecně, bez jakéhokoli náznaku uvažování o jejich mikroskopické povaze nebo rysech stejného plánu. To není oblast termodynamiky, ale statistické fyziky, abych byl konkrétnější. Další důležitou věcí je fakt, že principy termodynamiky jsou na sobě nezávislé. To znamená, že jeden z druhých nebude fungovat.
Aplikace
Použití termodynamiky, jak již bylo zmíněno, jde mnoha směry. Mimochodem, za základ je brán jeden z jeho principů, který je v podobě zákona zachování energie vykládán různě. Termodynamická řešení a postuláty jsou úspěšně implementovány v odvětvích, jako je energetika, biomedicína a chemie. Zde v biologické energii se hojně využívá zákon zachování energie a zákon pravděpodobnosti a směru termodynamického procesu. Spolu s tím jsou tam použity tři nejběžnější pojmy, na kterých je celá práce a její popis postavena. Toto je termodynamický systém, proces a procesní fáze.
Procesy
Procesy v termodynamice mají různé stupně složitosti. Je jich sedm. Obecně lze proces v tomto případě chápat jako nic jiného než změnu makroskopického stavu, inkterý systém dostal dříve. Mělo by být zřejmé, že rozdíl mezi podmíněným počátečním stavem a konečným výsledkem může být zanedbatelný.
Pokud je rozdíl nekonečně malý, pak můžeme proces, který proběhl, označit za elementární. Pokud budeme diskutovat o procesech, budeme se muset uchýlit ke zmínce o dalších termínech. Jedním z nich je „pracovní orgán“. Pracovní tekutina je systém, ve kterém probíhá jeden nebo několik tepelných procesů.
Procesy se konvenčně dělí na nerovnovážné a rovnovážné. V případě posledně jmenovaného jsou všechny stavy, kterými musí termodynamický systém projít, nerovnovážné. Často ke změně stavů dochází v takových případech rychlým tempem. Ale rovnovážné procesy se blíží kvazistatickým procesům. V nich jsou změny o řád pomalejší.
Tepelné procesy probíhající v termodynamických systémech mohou být vratné i nevratné. Abychom pochopili podstatu, rozdělme sled akcí v našem znázornění do určitých intervalů. Pokud dokážeme udělat stejný proces obráceně se stejnými "mezistanicemi", pak to lze nazvat reverzibilní. Jinak to nebude fungovat.
