Mis on termodünaamika? See on füüsika haru, mis tegeleb makroskoopiliste süsteemide omaduste uurimisega. Samal ajal kuuluvad uuringu alla ka energia muundamise meetodid ja selle ülekandmise meetodid. Termodünaamika on füüsika haru, mis uurib süsteemides toimuvaid protsesse ja nende olekuid. Räägime veel sellest, mida ta õpib.
Definitsioon
Alloleval pildil näete termogrammi näidet, mis saadi kuuma veekannu uurides.
Termodünaamika on teadus, mis tugineb empiiriliselt saadud üldistatud faktidele. Termodünaamilistes süsteemides toimuvaid protsesse kirjeldatakse makroskoopiliste suuruste abil. Nende loend sisaldab selliseid parameetreid nagu kontsentratsioon, rõhk, temperatuur jms. On selge, et need ei kehti üksikute molekulide puhul, vaid on taandatud süsteemi kirjelduseks selle üldisel kujul (erinev alt näiteks elektrodünaamikas kasutatavatest suurustest).
Termodünaamika on füüsika haru, millel on samuti oma seadused. Need, nagu ka ülejäänud, on üldist laadi. Konkreetsed üksikasjad struktuuri amis tahes muu aine, mille oleme valinud, ei mõjuta oluliselt seaduste olemust. Seetõttu öeldakse, et see füüsikaharu on üks kõige rakendatavamaid (õigemini eduk alt rakendatavaid) teaduses ja tehnoloogias.
Rakendus
Näidete loend võib olla väga pikk. Näiteks võib palju termodünaamilistel seadustel põhinevaid lahendusi leida soojustehnika või elektrienergia valdkonnas. Keemiliste reaktsioonide, faasisiirete, ülekandenähtuste kirjeldamise ja mõistmise kohta pole vaja rääkidagi. Teatud mõttes "teeb termodünaamika koostööd" kvantdünaamikaga. Nende kokkupuute valdkond on mustade aukude nähtuse kirjeldus.
Seadused
Ül altoodud pilt demonstreerib ühe termodünaamilise protsessi – konvektsiooni – olemust. Soojad ainekihid tõusevad üles, külmad langevad alla.
Seaduste alternatiivne nimetus, mida, muide, kasutatakse sagedamini kui mitte, on termodünaamika algus. Praeguseks on neid kolm (pluss üks "null" või "üldine"). Kuid enne kui räägime sellest, mida iga seadus eeldab, proovime vastata küsimusele, millised on termodünaamika põhimõtted.
Need on teatud postulaatide kogum, mis on aluseks makrosüsteemides toimuvate protsesside mõistmiseks. Termodünaamika põhimõtete sätted kehtestati empiiriliselt terve rida katseid ja viidi läbi teadusuuringuid. Seega on mõned tõendidmis võimaldab meil postulaadid omaks võtta, ilma et oleks kahtlustki nende täpsuses.
Mõned inimesed imestavad, miks termodünaamika just neid seadusi vajab. Võime öelda, et nende kasutamise vajadus tuleneb asjaolust, et selles füüsika osas kirjeldatakse makroskoopilisi parameetreid üldiselt, ilma vihjeta nende mikroskoopilisuse või sama plaani tunnuste arvestamisele. See ei ole termodünaamika, vaid statistilise füüsika valdkond, kui täpsem olla. Teine oluline asi on asjaolu, et termodünaamika põhimõtted on üksteisest sõltumatud. See tähendab, et üks teisest ei tööta.
Rakendus
Nagu varem mainitud, kasutatakse termodünaamikat mitmes suunas. Muide, aluseks on võetud üks selle põhimõte, mida energia jäävuse seaduse näol tõlgendatakse erinev alt. Termodünaamilisi lahendusi ja postulaate rakendatakse eduk alt sellistes tööstusharudes nagu energiatööstus, biomeditsiin ja keemia. Siin on bioloogilises energias laialdaselt kasutusel energia jäävuse seadus ning termodünaamilise protsessi tõenäosuse ja suuna seadus. Koos sellega on seal kasutusel kolm enamlevinud mõistet, millele kogu teos ja selle kirjeldus tugineb. See on termodünaamiline süsteem, protsess ja protsessi faas.
Protsessid
Termodünaamika protsessid on erineva keerukusastmega. Neid on seitse. Üldiselt tuleks antud juhul protsessi mõista kui midagi muud kui makroskoopilise oleku muutustmis süsteemile varem anti. Tuleb mõista, et erinevus tingimusliku algoleku ja lõpptulemuse vahel võib olla tühine.
Kui vahe on lõpmata väike, siis võib toimunud protsessi nimetada elementaarseks. Kui arutame protsesse, peame kasutama lisatingimusi. Üks neist on "tööorgan". Töövedelik on süsteem, milles toimub üks või mitu termilist protsessi.
Protsessid jagunevad tinglikult mittetasakaalulisteks ja tasakaalulisteks. Viimase puhul on kõik olekud, mida termodünaamiline süsteem peab läbima, vastav alt mittetasakaalulised. Tihtipeale toimub olekute muutus sellistel juhtudel kiires tempos. Kuid tasakaaluprotsessid on lähedased kvaasistaatilistele protsessidele. Nendes on muudatused suurusjärgu aeglasemad.
Termodünaamilistes süsteemides toimuvad termilised protsessid võivad olla nii pöörduvad kui ka pöördumatud. Olemuse mõistmiseks jagagem oma esituses toimingute jada teatud intervallideks. Kui saame sama protsessi samade "teejaamadega" tagurpidi teha, siis võib seda nimetada pööratavaks. Vastasel juhul see ei tööta.
