Historien om termodynamikk

Termodynamikk oppsto ut av observasjonene som dampmaskiner produserte varmen og var ikke helt effektiv. I det 19. århundre, forskere formulert tre lover om termodynamikk, som beskrevet det komplekse forholdet mellom arbeid og energi; en annen forsker lagt til en fjerde loven i det 20. århundre. Termodynamikk har mange bruksområder, alt fra kosmologi til engineering, og er grunnleggende studier i fysikk.

Definisjon

Termodynamikk studerer forholdet mellom arbeid og energi. Når den brukes i en vitenskapelig sammenheng, arbeid beskriver en kraft som opererer på et objekt over en gitt avstand. Ligningen "arbeid = kraft x avstand" er det matematiske uttrykket for arbeid. Energi, vitenskapelig sett, beskriver evnen til å utføre arbeid. Energy har en rekke former. I termodynamikk, kan energi henvise til kinetisk energi, som er energimessig bevegelse, eller varmeenergi, som er energien er relatert til endringer i temperaturen. Termodynamikk angår transformasjon av energi fra en form til en annen, eller fra ett sted til et annet som arbeidet utføres.

Utvikling

James Watt er forbedringer av dampmaskinen design i 1760-årene førte til den utbredte bruken av dampmaskinen og lansert industrialisering av Vesten. Samtidige forsto ikke hvorfor en dampmaskin var ikke helt effektiv, eller hvorfor varmen var et biprodukt av arbeidet med dampmaskin. Når Sadi Carnot, Rudolf Clausius og William Thomson (Lord Kelvin) belyst prinsippene for termodynamikkens på midten av 1800-tallet, de forklarte disse gåtene. Carnot, Clausius og Thomson forklarte sammenhengen mellom energi og arbeid gjennom en serie av "lover".

First To Lover

Carnot formulert det som nå er kjent som termodynamikkens første lov i 1820-årene. Den første loven, også kalt loven om bevaring av energi, sier at energi ikke kan bli ødelagt eller opprettet, men kan endre former. Implikasjonen er at den totale mengden energi i universet alltid forblir den samme. Clausius og Thomson unnfanget av det som kalles termodynamikkens andre lov i 1850. Thomson bemerkes at varmen, som er en form for energi, ikke kunne konvertere til arbeid uten noe tap av energi, mens Clausius observert at varmen ikke kan gå fra en kald motsette seg en varm en. Sammen utgjør disse to begreper uttrykke ideen av entropi, konseptet at energien har en tendens til å spre med mindre hindret fra å gjøre det.

Tillegg til lover

James Clerk Maxwell lagt en annen lov i 1870, kalt den nulte lov fordi det bør logisk komme før de andre lovene. Den nulte lov beskriver tilstand av likevekt at to objekter med forskjellige temperaturer oppnå når de kommer i kontakt. Walther Nernst lagt termodynamikkens tredje lov på begynnelsen av det 20. århundre, som uttrykte natur absolutte nullpunkt. Nernst avslørte at ingen entropi finnes på 0 grader Kelvin (absolutt null).

typer

Termodynamikk har programmer i mange felt som har blitt utviklet i løpet av det 20. århundre. Arbeidet med Clausius og andre førte til statistiske termodynamikk, som studerer matematikk relatert til et stort antall partikler som finnes i et lukket system. Geothermodynamics gjelder termodynamikk ved høye trykk. Biothermodynamics innebærer organismer og deres økosystemer. Kjemisk termodynamikk studier hvordan sammensetningen av et stoff kan påvirke sine termodynamiske egenskaper. Engineering termodynamikk gjelder termodynamiske prinsipper for å bygge motorer eller kraftverk.