Hvad er termodynamik:
Termodynamik er den gren af fysikken, der studerer forholdet mellem varme, anvendt kraft (også kendt som arbejde) og energioverførsel.
Ordet termodynamik kommer fra de græske rødder θερμο- (termo-) som betyder 'varme' og δυναμικός (dynamikós), som igen stammer fra δύναμις (dýnamis), hvilket betyder 'styrke' eller 'magt'.
Termodynamiske processer bestemmes af tre grundlæggende love.
- Den første lov giver os mulighed for at forstå, hvordan energi bevares.
- Den anden lov bruges til at kende de nødvendige betingelser for overførsel af energi til at finde sted.
- Den tredje lov tjener til at kende systemers opførsel i ligevægt.
Forståelse af termodynamiske processer er vigtig inden for områder som industriel ingeniørarbejde, hvor store mængder energi skal bruges til at køre flere maskiner.
Lovene om termodynamik tillader os også at forstå systemers funktion inden for områder som biokemi, kosmologi og genetik.
Lov om termodynamik
Der er tre love inden for termodynamik, der forklarer, hvordan varme og energi fungerer og transmitteres. Vi forklarer dem detaljeret nedenfor.
Første lov om termodynamik
Den første lov handler om bevarelse af energi: energi er hverken skabt eller ødelagt, den transformeres kun. For eksempel:
- Solenergi omdannes til elektrisk energi til en servicestation.
- Denne elektriske energi kan bruges til at oplade elbilens batteri.
- Elbilen er i stand til at konvertere akkumuleret energi til forskydning.
Energi er derfor altid på farten.
Den forenklede formel vil være følgende:
Anden lov om termodynamik
Den anden lov om termodynamik gør det muligt at bestemme to ting:
- Retningen i hvilken energioverførsel sker.
- De betingelser, der er nødvendige for at processen skal vendes.
Herfra lærer vi, at der er reversible og irreversible processer.
For eksempel blandes bordsalt spontant med vand gennem en proces kaldet fortynding. Denne proces frigiver varme.
For at vende denne proces og omforme saltkrystaller, skal der påføres varme, som gør det muligt for vandet at fordampe og adskille det fra saltet. Systemet absorberer varme.
Den forenklede formel vil være følgende:
Tredje lov om termodynamik
Den tredje lov om termodynamik kombinerer de to tidligere love og anvender dem på systemer i absolut ligevægt. I denne tilstand er der et minimum af energiudveksling og en maksimal grad af uorden (eller entropi).
Den tredje lov anvendes på lukkede systemer. Disse typer systemer ses kun i teoretisk fysik og kemi.
Den forenklede formel ville være denne:
Typer af systemer i termodynamik
For at forstå termodynamikens love er det først vigtigt at kende de typer systemer, der findes, og deres adfærd.
Alt omkring os består af systemer, og de fleste af de systemer, vi kender, udveksler energi. Systemer er klassificeret i tre typer: åbne, lukkede og isolerede.
- Åbne systemer: de udveksler energi og materie udefra (for eksempel et bål).
- Lukkede systemer: de udveksler kun energi udefra (for eksempel en mobiltelefon).
- Isolerede systemer: De udveksler ikke stof eller energi (de er kun teoretiske).
Mens termodynamikens første og anden lov gælder for åbne og lukkede systemer, gælder den tredje lov for isolerede systemer.
Et systems tilstand
Der er to grundlæggende tilstande, hvor systemer (uanset type) kan findes.
- Aktive systemer: hvis der er en energiudveksling, siges systemet at være aktivt.
- Systemer i hvile eller ligevægt: hvis der ikke er nogen energiudveksling, anses systemet for at være i ro eller i ligevægt.
Varme og varmeoverførsel i termodynamik
Ifølge fysik er varme strømmen af energi, der eksisterer, når to systemer med forskellige temperaturer kommer i kontakt. Termisk ligevægt nås, når alle involverede systemer når den samme temperatur.
I termodynamiske systemer, hvis to af dem er i ligevægt med et tredje system, så er de også i ligevægt med hinanden. Derfor, når man når ligevægt, er temperaturen konstant.
