פיסיקה

כדי לגלות כיצד להגביר את יעילות מנוע החום , מדען צרפתי בשם סאדי קרנו (1796-1832) בחן בשנת 1824 מכונה קלורית אידיאלית תיאורטית. באותה תקופה, החוק הראשון של התרמודינמיקה לא נוסח, וגם לא החוק השני של התרמודינמיקה. החוק הראשון לא נוסח משום שמדענים עדיין לא יודעים שחום הוא אנרגיה. לאחר שג'ול ועמיתיו ערכו ניסויים בשנות ה-30 של המאה ה-19, מדענים גילו שחום הוא אנרגיה שנעה עקב הפרשי טמפרטורה. לכן, החוק הראשון של התרמודינמיקה נוסח לאחר 1830. סאדי קרנו חקר את מנוע הקלורית האידיאלי התיאורטי בשנת 1824. מחקרו נועד למעשה להגביר את יעילות מנוע הקיטור. רוב מנועי הקיטור של אותה תקופה היו פחות יעילים.

קראו עוד

כדי להסביר את התהליכים התרמודינמיים הבלתי הפיכים, ניסחו המדענים את החוק השני של התרמודינמיקה. החוק השני של התרמודינמיקה מסביר אילו תהליכים יכולים להתרחש ביקום ואילו תהליכים לא יכולים להתרחש. מדען בשם RJE קלאוזיוס (1822-1888) אמר את ההצהרה הבאה:

באופן טבעי, חום נע מעצמים בעלי טמפרטורה גבוהה לעצמים בעלי טמפרטורה נמוכה; באופן טבעי, חום אינו עובר מעצמים בעלי טמפרטורה נמוכה לעצמים בעלי טמפרטורה גבוהה (החוק השני של התרמודינמיקה - קביעתו של קלאוסיוס).

האמירה של קלאוזיוס היא אחת מההצהרות המיוחדות של החוק השני של התרמודינמיקה. היא נקראת הצהרה מיוחדת משום שהיא חלה רק על תהליך אחד בלבד, הקשור למעבר חום. מכיוון שההצהרה הזו אינה קשורה לתהליכים אחרים, אנו זקוקים להצהרה כללית יותר. פיתוחה של הצהרה כללית של החוק השני של התרמודינמיקה מבוסס על חקר מנועי חום. לכן, נדון תחילה בחום המנוע.

קראו עוד

מאמר תהליכים תרמודינמיים: איזותרמי, אדיאבטי, איזוכורי, איזוברי

ישנם ארבעה תהליכים תרמודינמיים, כלומר תהליכים איזותרמיים, איזוכוריים, איזובריים ואדיאבטיים.

תהליך איזותרמי (טמפרטורה קבועה)

בתהליך איזותרמי, טמפרטורת המערכת נשמרת קבועה. תיאורטית, המערכת המנותחת היא גז אידיאלי. טמפרטורת הגז האידיאלית היא ביחס ישר לאנרגיה הפנימית האידיאלית של הגז (U = 3/2 n RT). T לא משתנה, ולכן גם U לא משתנה. לכן, אם מיישמים זאת על התהליך האיזותרמי, החוק הראשון של המשוואה התרמודינמית הופך להיות:

קראו עוד

תהליך תרמודינמי

חום (Q) הוא האנרגיה שעוברת מעצם אחד לאחר עקב הפרש הטמפרטורה. לגבי מערכות וסביבות, חום הוא אנרגיה שעוברת ממערכת לסביבה או אנרגיה שעוברת מסביבה למערכת, עקב הפרש הטמפרטורה. אם טמפרטורת המערכת גבוהה מטמפרטורת הסביבה, חום יזרום מהמערכת לסביבה. אם טמפרטורת הסביבה גבוהה מטמפרטורת המערכת, אז חום זורם מהסביבה למערכת.

חום (Q) הוא אנרגיה שנעה עקב הפרש הטמפרטורה, בעוד שעבודה (W) קשורה להעברת אנרגיה באמצעות עבודה. לדוגמה, אם המערכת מבצעת עבודה על הסביבה, אז אנרגיה עוברת מהמערכת לסביבה. לעומת זאת, אם הסביבה מבצעת עבודה על המערכת, אז אנרגיה עוברת מסביבה למערכת.

קראו עוד