Fizyka

Aby dowiedzieć się, jak zwiększyć sprawność silnika cieplnego , francuski naukowiec Sadi Carnot (1796-1832) zbadał w 1824 roku idealną teoretyczną maszynę kaloryczną. W tym czasie nie sformułowano ani pierwszej, ani drugiej zasady termodynamiki. Pierwsza zasada nie została sformułowana, ponieważ naukowcy nie wiedzą jeszcze, że ciepło jest energią. Po eksperymentach Joule'a i jego współpracowników w latach 1830. XIX wieku naukowcy odkryli, że ciepło jest energią, która porusza się z powodu różnic temperatur. Tak więc pierwsza zasada termodynamiki została sformułowana po 1830 roku. Sadi Carnot badał teoretyczny idealny silnik kaloryczny w 1824 roku. Jego badania miały w rzeczywistości na celu zwiększenie sprawności silnika parowego. Większość silników parowych tamtych czasów była mniej sprawna.

Przeczytaj więcej

Aby wyjaśnić nieodwracalne procesy termodynamiczne, naukowcy sformułowali drugą zasadę termodynamiki. Druga zasada termodynamiki wyjaśnia, jakie procesy mogą zachodzić we wszechświecie, a jakie nie. Jeden z naukowców, RJE Clausius (1822–1888), wypowiedział następujące stwierdzenie:

Naturalnie ciepło przemieszcza się od obiektów o wysokiej temperaturze do obiektów o niskiej temperaturze; naturalnie ciepło nie przemieszcza się od obiektów o niskiej temperaturze do obiektów o wysokiej temperaturze (druga zasada termodynamiki — stwierdzenie Clausiusa).

Stwierdzenie Clausiusa jest jednym ze szczególnych stwierdzeń drugiej zasady termodynamiki. Nazywa się je stwierdzeniem szczególnym, ponieważ odnosi się tylko do jednego procesu, związanego z przenoszeniem ciepła. Ponieważ to stwierdzenie nie odnosi się do innych procesów, potrzebujemy bardziej ogólnego stwierdzenia. Opracowanie ogólnego stwierdzenia drugiej zasady termodynamiki opiera się na badaniu silników cieplnych. Dlatego najpierw omówimy ciepło silnika.

Przeczytaj więcej

Artykuł Procesy termodynamiczne: Izotermiczne Adiabatyczne Izochoryczne Izobaryczne

Istnieją cztery procesy termodynamiczne: izotermiczny, izochoryczny, izobaryczny i adiabatyczny.

Proces izotermiczny (stała temperatura)

W procesie izotermicznym temperatura układu jest stała. Teoretycznie analizowany układ jest gazem doskonałym. Temperatura gazu doskonałego jest wprost proporcjonalna do energii wewnętrznej gazu doskonałego (U = 3/2 n RT). T się nie zmienia, więc U również się nie zmienia. Zatem, po zastosowaniu do procesu izotermicznego, pierwsza zasada równania termodynamicznego przyjmuje postać:

Przeczytaj więcej

Proces termodynamiczny

Ciepło (Q) to energia, która przemieszcza się z jednego obiektu do drugiego z powodu różnicy temperatur. W układach i środowiskach ciepło to energia przemieszczająca się z układu do otoczenia lub energia przemieszczająca się z otoczenia do układu z powodu różnicy temperatur. Jeśli temperatura układu jest wyższa niż temperatura otoczenia, ciepło będzie przepływać z układu do otoczenia. Jeśli temperatura otoczenia jest wyższa niż temperatura układu, ciepło będzie przepływać z otoczenia do układu.

Ciepło (Q) to energia, która przemieszcza się pod wpływem różnicy temperatur, natomiast praca (W) jest związana z przenoszeniem energii poprzez pracę. Na przykład, jeśli układ wykonuje pracę nad otoczeniem, to energia przemieszcza się z układu do otoczenia. I odwrotnie, jeśli otoczenie wykonuje pracę nad układem, to energia przemieszcza się z otoczenia do układu.

Przeczytaj więcej