Termodynamik

Termodynamik är läran om energi, dess omvandling mellan olika former och särskilt samspelet mellan värme och arbete. Den klassiska termodynamiken studerar kopplingen mellan egenskaper som temperatur, volym och tryck hos system samt hur dessa påverkas och förändras genom termodynamiska processer.

Termodynamiken bygger på fyra grundläggande huvudsatser som behandlar energins egenskaper och beteende i system och processer. Huvudsatserna är inte matematiskt härledda utan postulerade som naturlagar utifrån erfarenheter och experiment om energins natur.

⇑ Huvudsatserna

0. Nollte huvudsatsen: Om två system förs i kontakt med varandra kommer de att utbyta energi tills de når jämvikt

1. Första huvudsatsen (energiprincipen): Värme som flödar in till ett system är lika med summan av ändringen i inre energi plus arbete som uträttas av systemet (energins bevarande)

2. Andra huvudsatsen (entropiprincipen): Värme flödar från varmt till kallt. Värme flödar aldrig från kallt till varmt av sig självt (entropin i slutna system måste alltid öka, processer sker bara spontant i en riktning)

3. Tredje huvudsatsen: Alla processer upphör vid absoluta nollpunkten.

⇑ Nollte huvudsatsen

Om två kroppar är i termisk jämvikt med en tredje kropp, då är de även i termisk jämvikt med varandra.

• Två objekt sägs vara i termisk jämvikt med varandra om ingen netto värme flödar mellan dem
• Två objekt med samma temperatur är i termisk jämvikt med varandra

⇑ Första huvudsatsen - Energiprincipen

Värme som flödar in till ett system är lika med summan av ändringen i inre energi plus arbete som uträttas av systemet

Energin i ett slutet system är konstant. Termodynamikens första huvudsats är ett uttryck för lagen om energins bevarande, det vill säga principen att energi varken kan skapas eller förstöras.

För ett slutet system innebär detta att den totala energin är oförändrad med tiden, medan det i ett öppet system innebär att summan av till- och bortförd energi är exakt lika stor som förändringen i systemets inre energi.

⇑ Andra huvudsatsen

Entropin i ett systems minskar aldrig; slutna system tenderar att utvecklas mot termodynamisk jämvikt, ett tillstånd av maximal entropi.

Entropi är ett mått på hur mycket av värmeenergin i ett system som inte kan omvandlas till arbete. Entropiökning är alltså synonymt med exergiförbrukning eller utjämnande av kontraster.

Exergi det maximalt tillgängliga mekaniska arbetet under en termodynamisk process, som leder till att systemet kommer i termodynamisk jämvikt med en värmereservoar. När systemets omgivning är reservoaren, är exergin noll när systemet och omgivningen uppnått jämvikt.

En kopp varmt kaffe har en temperaturkontrast till den svalare luften runtomkring och denna kontrast kan aldrig spontant öka, bara minska.

⇑ Tredje huvudsatsen- Entropi

Entropin för en perfekt kristall närmar sig noll då den absoluta temperaturen närmar sig noll.

⇑ Källor

• Termodynamik, Wikipedia
• Termodynamik, 1 Mikael Höök, Studentportalen (2011-10-12)
• Thermodynamics, Physics, ilectureonline