Termodynamiikka | Fysiikan osa-alue, joka tutkii lämmön, lämpötilan ja energian välisiä suhteita
Termodynamiikka on fysiikan osa-alue, joka tutkii lämmön, lämpötilan ja energian välisiä suhteita. Termodynamiikassa käytetään usein matematiikan haaraa, jota kutsutaan tilastotieteeksi, tarkasteltaessa hiukkasten liikettä.
Termodynamiikka on hyödyllistä, koska se auttaa meitä ymmärtämään, miten hyvin pienten atomien maailma on yhteydessä suureen maailmaan, jota näemme päivittäin.
Termodynamiikassa on myös kaksi päähaaraa, joita kutsutaan klassiseksi termodynamiikaksi ja tilastolliseksi termodynamiikaksi. Termodynamiikan tärkeä ajatus on termodynaaminen järjestelmä.
Esimerkki termodynaamisesta järjestelmästä on tiili. Tiili koostuu monista atomeista, joilla kaikilla on omat ominaisuutensa. Kaikilla termodynaamisilla systeemeillä on kahdenlaisia ominaisuuksia, ekstensiivisiä ja intensiivisiä. Tiilellä ekstensiiviset ominaisuudet ovat ominaisuuksia, jotka saadaan laskemalla yhteen kaikki atomit. Esimerkiksi tilavuus, energia, massa ja varaus ovat ekstensiivisiä ominaisuuksia, koska kahdella samasta tiilestä on yhdessä kaksi kertaa enemmän massaa kuin yhdellä tiilellä. Tiilen intensiiviset ominaisuudet ovat ominaisuuksia, jotka saadaan tarkastelemalla kaikkien atomien keskiarvoa. Sellaiset asiat kuin lämpötila, paine ja tiheys ovat intensiivisiä, koska kahdella samalla tiilellä on edelleen sama lämpötila kuin yhdellä tiilellä yksinään.
Termodynamiikan lait
Termodynamiikassa on neljä lakia, jotka kertovat, miten energiaa voidaan siirtää kahden kohteen välillä lämmön muodossa. Termodynamiikan lait osoittavat, miten energia muuttuu järjestelmässä ja voiko järjestelmä toimia hyvin ympäristönsä kanssa.
- Termodynamiikan nollalaki
Jos kahdessa järjestelmässä on sama lämpövirta edestakaisin ja toisessa järjestelmässä on sama lämpövirta edestakaisin toisen järjestelmän kanssa, kaikissa kolmessa järjestelmässä on sama lämpövirta keskenään.
Energian lisääntyminen systeemissä on sama kuin systeemiin lämmön tai työn muodossa annettu energia. Energiaa ei voida luoda tai tuhota, sitä voidaan ainoastaan muuttaa. Systeemille annettu energiamäärä on sama kuin ympäristöstä otettu energiamäärä.
Kun kyseessä on kaksi eri lämpötiloissa kosketuksissa olevaa järjestelmää, lämpö virtaa kuumasta kylmään, kunnes järjestelmien lämpötila on sama.
- Termodynamiikan kolmas laki
Kun systeemin lämpötila on 0 kelviniä eli absoluuttinen nollapiste (alin lämpötila), entropia (energia, jota ei voida käyttää työhön) on 0.
Termodynamiikan käyttö
Aikaisemmin termodynamiikkaa tutkittiin, jotta höyrykoneet toimisivat paremmin. Nyt termodynamiikan ideoita käytetään kaikessa moottorien valmistuksesta mustien aukkojen tutkimiseen.
Tutkijat käyttävät termodynamiikkaa monista syistä. Yksi niistä on parempien moottoreiden ja jääkaappien valmistaminen. Toisena tarkoituksena on ymmärtää arkisten materiaalien ominaisuuksia, jotta niistä voitaisiin tehdä tulevaisuudessa vahvempia. Termodynamiikkaa käytetään myös kemiassa selittämään, mitkä reaktiot toimivat ja mitkä eivät (tätä tutkimusta kutsutaan kemialliseksi kinetiikaksi). Termodynamiikka on tehokas, koska yksinkertaiset atomien mallit toimivat hyvin selitettäessä tiilien kaltaisten suurten järjestelmien ominaisuuksia.
Aiheeseen liittyvät sivut
| Viranomaisvalvonta: Kansalliskirjastot |
|
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mitä termodynamiikka on?
V: Termodynamiikka on fysiikan osa-alue, joka tutkii lämmön, lämpötilan ja energian välisiä suhteita.
K: Miten matematiikkaa käytetään termodynamiikassa?
V: Termodynamiikassa käytetään usein matematiikkaa, erityisesti tilastotiedettä, hiukkasten liikkeen tarkasteluun.
K: Mitä ovat termodynamiikan sovellukset?
V: Termodynamiikka auttaa meitä ymmärtämään, miten hyvin pienten atomien maailma on yhteydessä suureen maailmaan, jota näemme päivittäin. Sillä on myös kaksi päähaaraa, joita kutsutaan klassiseksi termodynamiikaksi ja tilastolliseksi termodynamiikaksi.
K: Mikä on esimerkki termodynaamisesta järjestelmästä?
V: Esimerkki termodynaamisesta järjestelmästä on tiili, joka koostuu monista atomeista, joilla on omat ominaisuutensa.
K: Mitä ovat laajat ominaisuudet?
V: Laajoja ominaisuuksia ovat ominaisuudet, jotka saadaan laskemalla yhteen kaikki atomit, kuten tilavuus, energia, massa ja varaus, koska kahdella samasta tiiliskivestä on yhdessä kaksi kertaa enemmän massaa kuin yhdellä tiiliskivellä.
K: Mitä ovat intensiiviset ominaisuudet?
V: Intensiiviset ominaisuudet ovat ominaisuuksia, jotka saadaan tarkastelemalla kaikkien atomien keskiarvoa, kuten lämpötila, paine ja tiheys, koska kahdella samalla tiilellä on edelleen sama lämpötila kuin yhdellä tiilellä yksinään.
