Thermodynamics yog ib ceg tseem ceeb ntawm physics. Peb muaj peev xwm hais tau yam xyuam xim hais tias nws cov kev ua tiav tau coj mus rau qhov tshwm sim ntawm thev naus laus zis era thiab tau txiav txim siab ntau ntawm tib neeg keeb kwm yav dhau los 300 xyoo dhau los. Tsab xov xwm tham txog thawj, thib ob thiab thib peb txoj cai ntawm thermodynamics thiab lawv daim ntawv thov hauv kev xyaum.
Dab tsi yog Thermodynamics?
Ua ntej tsim cov cai ntawm thermodynamics, cia peb xam seb qhov seem ntawm physics ua li cas.
Lo lus "thermodynamics" yog Greek keeb kwm thiab txhais tau tias "kev txav los ntawm kev kub". Ntawd yog, ceg ntawm physics no tau koom nrog hauv kev kawm ntawm txhua yam txheej txheem, vim tias lub zog thermal hloov mus rau hauv cov tshuab ua haujlwm thiab rov ua dua.
Cov kev cai yooj yim ntawm thermodynamics tau tsim nyob rau hauv nruab nrab ntawm lub xyoo pua 19th. Kev tshawb fawb ntawm "kev txav mus los thiab kub" txiav txim siab tus cwj pwm ntawm tag nrho cov kab ke, kawm txog kev hloov pauv ntawm nws cov macroscopic tsis - kub, siab thiab ntim, thiab tsis tau them nyiaj rau nws cov qauv microscopic. Ntxiv mus, thawj ntawm lawv plays lub luag haujlwm tseem ceeb hauv kev tsim cov cai lij chojthermodynamics hauv physics. Nws yog qhov xav paub kom nco ntsoov tias lawv tsuas yog tau los ntawm kev soj ntsuam kev soj ntsuam xwb.
Lub tswv yim ntawm lub tshuab ntsuas kub
Nws txhais tau tias txhua pawg ntawm atoms, molecules lossis lwm yam khoom uas suav tias yog tag nrho. Tag nrho peb txoj cai yog tsim los rau qhov hu ua thermodynamic system. Piv txwv li: lub ntiaj teb huab cua, txhua yam kab mob uas muaj sia nyob, cov roj sib xyaw hauv lub tshuab hluav taws xob sab hauv, thiab lwm yam.
Tag nrho cov tshuab hauv thermodynamics yog ib ntawm peb hom:
- Qhib. Lawv pauv ob qho tib si kub thiab teeb meem nrog ib puag ncig. Piv txwv li, yog tias cov zaub mov tau siav hauv lub lauj kaub ntawm qhov qhib hluav taws, qhov no yog qhov piv txwv zoo ntawm qhov qhib qhov system, txij li lub lauj kaub tau txais lub zog los ntawm ib puag ncig sab nraud (hluav taws kub), thaum nws nws tus kheej radiates lub zog nyob rau hauv daim ntawv ntawm tshav kub, thiab dej kuj evaporates los ntawm nws (metabolism)
- Kawm. Hauv cov txheej txheem zoo li no tsis muaj kev sib pauv ntawm ib puag ncig, txawm hais tias kev sib pauv ntawm lub zog tshwm sim. Rov qab mus rau rooj plaub dhau los: yog tias koj npog lub lauj kaub nrog lub hau, koj tuaj yeem tau txais lub kaw lus kaw.
- Ib leeg. Qhov no yog hom thermodynamic tshuab uas tsis pauv qhov teeb meem lossis lub zog nrog rau qhov chaw nyob ib puag ncig. Ib qho piv txwv yuav yog lub thermos uas muaj cov tshuaj yej kub.
Thermodynamic kub
Lub tswv yim no txhais tau tias lub zog kinetic ntawm cov khoom uas tsim lub cev ib puag ncig, uas qhia txog qhov nrawmrandom txav ntawm hais. Qhov loj dua, qhov kub thiab txias. Raws li, los ntawm kev txo cov kinetic zog ntawm lub cev, peb txias nws.
Lub tswv yim no txhais tau hais tias lub zog kinetic ntawm cov khoom uas ua rau lub cev nyob ib puag ncig, uas qhia txog qhov ceev ntawm kev sib hloov ntawm cov khoom. Qhov loj dua, qhov kub thiab txias. Raws li, los ntawm kev txo cov kinetic zog ntawm lub cev, peb txias nws.
Thermodynamic kub tau qhia hauv SI (International System of Units) hauv Kelvin (hauv kev hwm ntawm tus kws tshawb fawb Askiv William Kelvin, uas thawj zaug tau hais txog qhov ntsuas no). To taub thawj, thib ob thiab thib peb txoj cai ntawm thermodynamics yog tsis yooj yim sua yam tsis muaj lub ntsiab lus ntawm qhov kub thiab txias.
Kev faib ntawm ib qib ntawm Kelvin nplai kuj sib raug rau ib degree Celsius. Kev hloov pauv ntawm cov units no yog ua raws li cov qauv: TK =TC + 273, 15, qhov twg TK thiab TC - kub hauv kelvins thiab degrees Celsius feem.
Qhov peculiarity ntawm Kelvin nplai yog tias nws tsis muaj qhov tsis zoo. Zero nyob rau hauv nws (TC=-273, 15 oC) sib raug rau lub xeev thaum lub thermal txav ntawm cov khoom ntawm lub cev tsis muaj kiag li, lawv zoo li yog "khov".
Kev txuag hluav taws xob thiab 1 txoj cai ntawm thermodynamics
Nyob rau xyoo 1824, Nicolas Léonard Sadi Carnot, tus kws tshaj lij Fab Kis Fab Kis thiab tus kws kho lub cev, tau ua cov lus pom zoo uas tsis yog tsuas yog coj mus rau kev txhim kho physics, tab sis kuj tau los ua ib kauj ruam tseem ceeb hauv kev txhim kho thev naus laus zis. Nwstuaj yeem tsim tau raws li hauv qab no: "Lub zog tsis tuaj yeem tsim lossis rhuav tshem, nws tsuas tuaj yeem hloov los ntawm ib lub xeev mus rau lwm qhov."
Qhov tseeb, Sadi Carnot cov kab lus postulates txoj cai ntawm kev txuag hluav taws xob, uas tsim lub hauv paus ntawm 1st txoj cai ntawm thermodynamics: "Thaum twg lub cev tau txais lub zog los ntawm sab nraud, nws hloov mus rau lwm hom, lub ntsiab ntawm uas yog thermal thiab mechanical."
Tus qauv lej rau txoj cai thib 1 yog sau raws li hauv qab no:
Q=ΔU + A, Ntawm no Q yog qhov ntsuas kub ntawm ib puag ncig mus rau qhov system, ΔU yog qhov hloov pauv hauv lub zog sab hauv ntawm qhov system, A yog qhov ua haujlwm zoo tshaj plaws.
Adiabatic txheej txheem
Ib qho piv txwv zoo ntawm lawv yog kev txav ntawm huab cua huab cua raws cov toj roob. Cov huab cua zoo li no loj heev (kilometers lossis ntau dua), thiab huab cua yog qhov zoo tshaj plaws tshav kub insulator. Cov khoom sau tseg cia peb xav txog txhua yam txheej txheem nrog huab cua huab cua uas tshwm sim hauv lub sijhawm luv luv li adiabatic. Thaum huab cua nce toj roob toj siab, nws lub siab poob qis, nws nthuav dav, uas yog, nws ua haujlwm txhua yam, thiab, vim li ntawd, nws txias. Ntawm qhov tsis sib xws, kev txav mus los ntawm huab cua huab cua yog nrog los ntawm kev nce siab hauv nws, nws compresses thiab, vim qhov no, ua kub heev.
Daim ntawv thov ntawm txoj cai ntawm thermodynamics, uas tau tham nyob rau hauv lub subheading yav dhau los, yog pom tau yooj yim tshaj plaws uas siv cov piv txwv ntawm ib tug adiabatic txheej txheem.
Raws li lub ntsiab lus, vim nws tsis muaj kev sib pauv ntawm lub zog nrogib puag ncig, uas yog, nyob rau hauv kab zauv saum toj no, Q=0. Qhov no ua rau cov nram qab no qhia: ΔU=-A. Qhov kos npe rho tawm ntawm no txhais tau hais tias lub kaw lus ua haujlwm ua haujlwm los ntawm kev txo nws tus kheej lub zog sab hauv. Nws yuav tsum nco ntsoov tias lub zog sab hauv yog ncaj qha nyob ntawm qhov kub ntawm qhov system.
Kev taw qhia ntawm cov txheej txheem thermal
Qhov teeb meem no cuam tshuam nrog 2 txoj cai ntawm thermodynamics. Muaj tseeb txhua leej txhua tus tau pom tias yog tias koj nqa ob yam khoom uas muaj qhov sib txawv ntawm qhov sib txawv, ces qhov txias yuav ua kom sov, thiab qhov kub yuav txias. Nco ntsoov tias cov txheej txheem rov qab tuaj yeem tshwm sim nyob rau hauv lub moj khaum ntawm thawj txoj cai ntawm thermodynamics, tab sis nws yeej tsis tau ua raws li kev coj ua.
Yog vim li cas rau qhov tsis tuaj yeem rov qab los ntawm cov txheej txheem no (thiab tag nrho cov txheej txheem paub hauv lub Ntiaj Teb) yog qhov kev hloov pauv ntawm lub system mus rau lub xeev muaj feem ntau. Hauv qhov piv txwv suav nrog kev sib cuag ntawm ob lub cev ntawm qhov sib txawv ntawm qhov kub thiab txias, qhov tshwm sim hauv lub xeev yuav yog qhov uas txhua qhov ntawm cov kab ke yuav muaj tib lub zog kinetic.
Txoj cai thib ob ntawm thermodynamics tuaj yeem tsim raws li hauv qab no: "Tsuas kub tsis tuaj yeem hloov pauv ntawm lub cev txias mus rau qhov kub." Yog tias peb qhia txog lub tswv yim ntawm entropy raws li kev ntsuas kev tsis sib haum, ces nws tuaj yeem sawv cev raws li hauv qab no: "Txhua yam txheej txheem thermodynamic tau nce ntxiv hauv entropy".
Heat engine
lo lus no tau nkag siab tias yog qhov system uas, vim yog lub zog sab nraud rau nws, tuaj yeem ua haujlwm txhua yam. Ua ntejCov tshuab cua sov yog cov tshuab hluav taws xob thiab tau tsim nyob rau thaum xaus ntawm lub xyoo pua 17th.
Txoj cai thib ob ntawm thermodynamics ua lub luag haujlwm txiav txim siab txog lawv cov txiaj ntsig. Sadi Carnot kuj tau tsim tias qhov ua tau zoo tshaj plaws ntawm cov cuab yeej no yog: Efficiency=(T2 - T1) / T2, ntawm no T2 thiab T1 yog cua sov thiab lub tub yees txias. Cov tshuab ua haujlwm tsuas yog ua tau thaum muaj cua sov los ntawm lub cev kub mus rau qhov txias, thiab qhov dej ntws tsis tuaj yeem hloov pauv mus rau 100% lub zog muaj txiaj ntsig.
Daim duab hauv qab no qhia txog lub hauv paus ntsiab lus ntawm kev ua haujlwm ntawm lub tshuab cua sov (Qabs - tshav kub hloov mus rau lub tshuab, Qced - Thaum tshav kub kub poob, W - kev ua haujlwm muaj txiaj ntsig, P thiab V - siab thiab ntim roj hauv lub piston).
Zoo xoom thiab Nernst's postulate
Thaum kawg, cia peb mus rau qhov kev txiav txim siab ntawm txoj cai thib peb ntawm thermodynamics. Nws tseem yog hu ua Nernst postulate (lub npe ntawm German physicist uas xub tsim nws thaum pib ntawm lub xyoo pua 20th). Txoj cai lij choj hais tias: "Txoj kev xoom tsis tuaj yeem ncav cuag nrog tus lej kawg ntawm cov txheej txheem." Ntawd yog, nws yog tsis yooj yim sua nyob rau hauv txhua txoj kev kom tag "khov" cov molecules thiab atoms ntawm ib yam khoom. Yog vim li cas rau qhov no yog qhov sib pauv uas twb muaj lawm nrog ib puag ncig.
Ib qho txiaj ntsig tau txais los ntawm txoj cai thib peb ntawm thermodynamics yog tias entropy txo qis thaum ib qho txav mus rau qhov tsis muaj tseeb. Qhov no txhais tau hais tias lub system nyiam los npaj nws tus kheej. Qhov tseeb no tuaj yeemsiv, piv txwv li, hloov cov paramagnets mus rau lub xeev ferromagnetic thaum txias.
Nws yog qhov nthuav kom nco ntsoov tias qhov ntsuas kub qis tshaj plaws uas tau mus txog tam sim no yog 5·10−10 K (2003, MIT lab, USA).
