قانون های ترمودینامیک

[M@hdi42]

قانون های ترمودینامیک

قانون صفرم ترمودینامیک ( The Zeroth Law of Thermodynamics )

این قانون به تعادل دمایی مربوط می شود و به این صورت بیان می شود :
اگر دو جسم به طور جداگانه با جسم سومی در تعادل دمایی باشند ، آن دو جسم خود نیز با یکدیگر در تعادل دمایی می باشند.

قانون اول ترمودینامیک ( The First Law of Thermodynamics )

یک رابطه تجربی بین کار و گرما یافت شده است که طبق این رابطه انرژی ذخیره شده (انرژی درونی) عملا می تواند به صورت زیر تعریف شود:

ΔE ≡ Q – W (2)

که در آن ΔE تغییرات انرژی درونی یک سیستم بسته می باشد ، Q مقدار کل حرارت اضافه شده به سیستم و W مقدار کار انجام شده به وسیله سیستم می باشد.و همچنین به وسیله ان نشان داده می شود که انرژی درونی یک خاصیت سیستم می باشد.
این حقایق عمومآ در یک بیانی از قانون اول ترمودینامیک یا قانون بقای انرژی خلاصه می شوند. بیان های ممکن از این قانون عبارتند از:

(i) هر وقت یک سیستم بسته یک چرخه را به پایان می رساند ، مقدار گرمای اضافه شده به سیستم در طی چرخه برابر با مقدار کار انجام شده به وسیله سیستم می باشد.و یا:



(ii) انرژی نه می تواند به وجود آید نه از بین برود ، هر چند که انرژی می تواند در شکل های مختلف ذخیره شود و یا از سیستمی به سیستم دیگر به صورت کار و گرما منتقل شود.

قانون دوم ترمودینامیک ( The Second Law of Thermodynamics )

دو بیان معروفی که در مورد قانون دوم ترمودینامیک وجود دارد یکی بیان کلازیوس ( Clausius ) و دیگری بیان کلوین- پلانک ( Kelvin-Planck ) می باشد.
بیان کلاسیوس به این صورت می باشد: برای هر وسیله ای این رفتار که بدون هیچ تاثیر پذیری باعث انتقال گرما از جسمی به جسم گرم تر شود ، غیر ممکن می باشد. این بیان بررسی محدودی را به وجود می آورد و به ما نمی گوید که انتقال گرما از جسم سردتر به جسم گرم تر غیر ممکن می باشد ، در حالی که یخچال دقیقآ این کار را انجام می دهد.یک یخچال بدون دریافت انرژی ورودی ، که معمولآ به شکل کار می باشد، نمی تواند کار کند و این انتقال انرژی از محیط اطراف باعث انتقال گرما از جسم سردتر به جسم گرم تر می شود.
بیان کلوین- پلانک در مورد قانون دوم به این صورت می باشد که: برای وسیله ای که در یک چرخه عمل کرده و باعث تولید کار می شود ، غیر ممکن می باشد که تغییرات حرارتی آن تنها با اجسامی صورت گیرد که در یک دمای ثابت قرار دارند.( هیچ وسیله ای تنها با یک منبع حرارتی کار نمی کند.) توجه کنید که مقدار درجه حرارت اجسامی که در محیط می باشند ذکر نشده است. اگر یک وسیله بتواند در یک چرخه ای عمل کرده که منجر به تولید کار شود در حالی که تغییرات حرارتی آن با اجسامی که دمای آن ها در 500 ˚c ثابت می باشد رخ دهد ، این وسیله نیز می تواند بر حالتی که تغییرات حرارتی آن با اجسامی در 0 ˚c می باشد ، ساخته شود و کار مشابه ای انجام دهد.
به کار بردن قانون اول برای وسیله ای که بیان کلون- پلانک را در مورد قانون دوم نقض می کند ، نشان می دهد که (بخش 1 در مورد قانون اول را ببینید) کل کار تولیدی برابر مقدار کل گرمایی می باشد که سیستم از اجسام محیط اطرافش ، که همه در یک دمای ثابت می باشند ، دریافت کرده است . (در واقع قانون اول در مورد آن صادق می باشد ولی ...) درست شبیه وسیله ای که به آن ماشین حرکت-دائمی نوع دوم می گویند. بنابراین بیان کلوین- پلانک گاهی به این صورت تفسیر می شود " ماشین حرکت- دائمی نوع دوم غیر ممکن می باشد."

[M@hdi42]

قانون سوم ترمودینامیک ( The Third Law of Thermodynamics )

این قانون به سطح دسترسی انرژی مربوط می شود. آن پیشنهاد می کند که انرژی درونی یک ماده ناشی از حرکت تصادفی مولکول ها و اتم های سازنده اش می باشد. این حرکت ها وابسته به دما می باشد به خاطر همین این عقیده وجود دارد که دمای صفر مطلق زمانی فرا می رسد که همه ی حرکت های تصادفی متوقف می شوند.
انتروپی ( بی نظمی ) وابسته به دما و انرژی حرارتی می باشد.
برای یک ماده اگر حرکت های تصادفی انتقالی، چرخشی و نوسانی مولکول ها و اتم های سازنده اش به سمت صفر کاهش یابد، این ماده به شکل بلور کامل در خواهد آمد و انرژی که به این حرکت نسبت می دهند نیز صفر خواهد شد. بنابراین وقتی ماده به حالتی پایه بر می گردد انرژی آن کاهش می یابد واین کم شدن انرژی در ساختار اتمی ماده مربوط می شود به ذراتی از قبیل الکترون و نوترون و ... .
این مفاهیم باعث ایجاد قانون سوم ترمودینامیک می شود که مفهوم آن به این صورت است که در دمای صفر مطلق ، انتروپی یک ماده که به شکل بلور کامل است صفر می باشد.