열역학의 법칙은 실제로 19 세기부터 한동안 사용되어 왔습니다. 그러나 잘 확립되어 있다고해서 혼란 스러울 수는 없습니다. 이 세 가지 법칙을 이해하는 데 있어서는 서로를 멸망시키고 개별 사실을 함께 조각하는 것입니다.
열역학은 기계, 전기 및 화학 물질과 같은 열과 모든 형태의 에너지 사이의 관계를 포함하는 과학 분야입니다. 물리적 개념이므로 유형 시스템이나 기계를 다룹니다. 이 정보가 기초 역할을하면서 연구원과 과학자들은 오늘날 우리가 알고있는 세 가지 법을 개발하기 시작했습니다.
열역학적 법률의 출현
산업 혁명 동안 열역학 법칙이 등장하기 시작했습니다. 기계가 자체 열에서 기능 할 수 있어야한다는 개념이 있었다.
엔지니어들은 나중에 작업 기계의 특성으로 인해 그 아이디어를 배제했습니다. 모든 프로세스 중에는 항상 열 손실 또는 에너지 변환이 발생합니다. 거기에서 열역학 법칙이 천천히 작용하여 전문가들이 에너지와 열의 특성을 이해하도록 도와주었습니다.
열역학의 첫 번째 법칙
열역학의 첫 번째 법칙은 에너지와 열의 특성에 중점을 둡니다. 아마도 가장 일반적인 법칙 일 것입니다. 사람들이 그것을 언급하거나 학교에서 기억하는 것을들을 수 있습니다. 그것은 에너지를 만들거나 파괴 할 수 없다고 말합니다. 아 원자 입자 수준 에서도이 법은 여전히 남아 있습니다. 그러나 에너지를 보존하거나 전달할 수 있습니다. 이 개념은 과학자들이 간단한 방정식, e2 - e1 =q - w.
를 개발하게했습니다.E는 시스템의 내부 에너지를 나타냅니다. Q는 열을 시스템으로 전달하는 것을 나타내며 W는 시스템이 실행하는 작업입니다. 이 방정식은 시스템의 내부 에너지의 변화가 열 전달과 작업의 차이와 어떻게 같다는 것을 나타냅니다. Q와 W는 시스템과 프로세스에 의존하는 경우 E는 그렇지 않습니다. 대신, 그것은 운동 또는 잠재적 에너지와 같은 내부 에너지 역할을합니다. 따라서 시스템은 프로세스에 따라이 에너지를 저장하거나 변경할 수 있습니다.
이 법의 일부로, 열 흐름이 프로세스의 단계에 달려 있다는 생각은 필수적입니다. 이 개념은 분명해 보일 수 있지만 더 복잡해 질 수 있습니다. 초기 및 최종 상태뿐만 아니라 프로세스는 열 흐름의 양과 최종 상태의 결과에 영향을 미칩니다.
예를 들어, 방정식을 엔진의 일부로 교체하십시오. 첫 번째 법칙은 내부 에너지 변화에 추가 된 엔진의 작업 출력이 열 입력과 같을 것임을 증명합니다.
열역학 제 2 법칙
열역학의 두 번째 법칙은 시스템에서 엔트로피, 장애의 정도 및 무작위성을 추가함으로써 첫 번째 문제를 복잡하게 만듭니다. 시스템 내에서 사용할 수 없거나 사용할 수없는 에너지를 나타내며 증가함에 따라 사용 가능한 에너지가 감소합니다.
열역학적 시스템 내에서 엔트로피가 어떻게 작동하는지 더 잘 이해하기 위해 과학자들은 또 다른 방정식 ∆S =∆Q/T를 개발했습니다. 여기서 Q는 다시 시스템으로의 열 전달을 나타냅니다. t는 온도를 나타내고 S는 엔트로피의 수준을 나타냅니다.
엔트로피에는 시스템의 고장이 포함되며, 이는 자연스럽게 발생하는 이유이며 무기한으로 실행할 수없는 이유의 일부입니다. 그러므로 에너지는 어느 시점에서 사라집니다. 입자는 지속적으로 확장되기를 원하지만 엔트로피는 결국 인수됩니다.
두 번째 법칙은 첫 번째 법칙에서 엔진의 예를 취하고 엔트로피를 추가합니다. 그러나 그것은 어떻게 생겼습니까? 먼저, 작업 출력은 결코 에너지 입력을 능가 할 수 없습니다. 예를 들어, 엔진은 에너지의 100%를 작업 출력으로 전달할 수 없습니다. 일부는 열과 소리가되기 때문입니다. 다음으로, 엔트로피는 모든 시스템에 존재하므로 에너지 전달이 발생함에 따라 일부는 사용할 수 없게됩니다. 이 아이디어는 엔트로피의 뿌리이며 결국 점점 더 많이 퍼질 것입니다.
엔트로피는 어느 정도까지 움직임이나 온도를 늦출 수 있습니까? 세 번째 법칙은 그 아이디어에 대해 확장됩니다.
열역학의 제 3 법칙
열역학의 세 번째 법칙은 절대 0이라는 아이디어를 포함합니다. 절대 제로는 입자 운동이 가장 느리게 될 수있는 가장 낮은 온도로 가능한 최저 온도입니다. 원근법의 경우 절대 0은 제로 켈빈입니다. -459.67˚F 또는 -273.15 ° C에 해당합니다. 그것이 당신에게 믿을 수 없을 정도로 차갑게 보이면, 당신은 옳습니다. 절대 0은 달성하기가 불가능하기 때문입니다. 이 온도에서는 시스템에 열 에너지가 남아 있지 않습니다.
엔트로피가 항상 증가하기 때문에 절대 0에 도달 할 수있는 것은 없습니다. 에너지는 생성되거나 파괴 될 수 없으며 항상 저장되거나 전달됩니다. 절대 0에서 엔트로피도 0에 도달해야합니다. 이 법을 가장 잘 나타내는 방정식은 다른 법률의 많은 요소를 통합하지만 다르게, limt-> 0, s =0.
이 방정식은 더 복잡해 보일 수 있지만 변수는 동일하게 유지됩니다. t는 온도를 나타내고 S는 엔트로피의 수준을 나타냅니다. 그러나 정확히 무엇을 의미합니까? 온도가 0에 도달함에 따라 엔트로피도 0과 동일해야합니다. 그러나 다시, Absolute Zero는 불가능하지만 불행히도 그런 식으로 남아있을 것입니다.
고체, 액체 및 가스는 모든 물질은 항상 분자 수준에서 움직입니다. 절대 0은 분자와 원자들도 0에 도달하도록 요구할 것이다. 그러나 엔트로피가 지속적으로 팽창함에 따라 절대 0은 불가능합니다.
열역학의 Zeroth 법률
열역학의 또 다른 일반적인 법칙은 제로입니다. 이 법은 다른 법률보다 단순하고 통합되어 있으며 더 많은 규칙입니다. 그것은 a =b와 a =c이면 b =c라고 말합니다. 다시 말해, 시스템 B가 시스템 A와 시스템 C와 같은 경우 시스템 A 와도 같으면 시스템 B와 C도 서로 동일하게됩니다.
이 법은 과학자들이 방정식의 온도를 식별하는 데 도움이되었습니다. 결과적으로 A의 온도가 B와 같고 C와 같으면 B와 C는 서로 근처에서 동일한 온도와 서로 열 평형을 가져야합니다. 두 시스템은 서로 접촉 했음에도 불구하고 열을 교환 할 때 열 평형 상태입니다.
접촉 때문에 더 이상 다른 온도에 영향을 미치지 않습니다. 커피 한 잔에 우유를 넣는 것을 생각하십시오. 두 사람은 서로 열 평형 상태이며 결국 샘플 온도가 될 것입니다. 세 번째 시스템이 작용하면 다른 두 시스템과 동일한 온도가됩니다. 따라서이 법은 연구자들이 방정식에 넣을 때 온도에 대한 변수를 이해하고 도출하는 데 도움이되었습니다.
열역학의 중요성
열역학 및 법칙은 화학, 물리 및 공학에서 중요한 영향을 미칩니다. 그들은 에너지 사용을위한 적절한 시스템 개발, 화학 공정 이해, 자연 반응, 온도 전환 등과 같은 것들을 돕습니다. 그들은 또한 일상 생활에 도움이됩니다. 냉장, 에어컨, 보일러, 방사선 등은 모두 열역학 및 열 전달 특성을 기반으로합니다. 노트북이나 태블릿과 같은 작은 것들도 열과 에너지 법을 사용합니다.
본질적으로, 열역학은 모든 것에 기초가됩니다. 여기에는 원자, 입자, 에너지 및 엔트로피가 포함되며, 모든 실질적인 것의 일부입니다. 이러한 법이 없으면 과학자들은 에너지와 열이 어떻게 작동하는지, 그리고 시스템, 사물, 사람 및 기타 모든 것을 어떻게 구성하는지 이해하지 못할 것입니다.
