Àwọn Àpẹẹrẹ Lílo Àwọn Òfin ti Thermodynamics
Àwọn òfin thermodynamics jẹ́ àkójọ àwọn ìlànà ìpìlẹ̀ tí ó ṣàlàyé bí ìyípadà agbára ṣe ń wáyé àti bí àwọn àyípadà ṣe ń wáyé, pàápàá jùlọ bí wọ́n ṣe níí ṣe pẹ̀lú ooru, iṣẹ́, àti àwọn ohun ìní ti ohun èlò. Bó tilẹ̀ jẹ́ pé wọ́n lè dún bí èrò, àwọn òfin thermodynamics ní ìbáṣepọ̀ pẹ̀lú ìgbésí ayé ojoojúmọ́: láti bí fìríìjì ṣe ń mú oúnjẹ tù, sí bí ẹ̀rọ ọkọ̀ ayọ́kẹ́lẹ́ ṣe ń yí epo padà sí ìṣípo, sí bí ara ènìyàn ṣe ń pa ooru rẹ̀ mọ́. Àpilẹ̀kọ yìí ń ṣàyẹ̀wò àwọn àpẹẹrẹ òfin thermodynamics—láti Òfin Zeroth sí Òfin Kẹta—ní èdè àti àyíká ayé gidi tí ó rọrùn láti lóye.
1. Òfin Òfo ti Thermodynamics: Àwọn Ìpìlẹ̀ Àwọn Ìwọ̀n Òtútù àti Ìwọ̀n Òtútù
Òfin Òdo ti Thermodynamics sọ pé: tí ètò A bá wà ní ìwọ̀n ooru pẹ̀lú ètò B, tí ètò B sì wà ní ìwọ̀n ooru pẹ̀lú ètò C, nígbà náà ètò A tún wà ní ìwọ̀n ooru pẹ̀lú ètò C. Kókó náà ni èrò ìwọ̀n ooru àti ìtumọ̀ ìwọ̀n otutu.
Àpẹẹrẹ ìlò:
1. Wiwọn iwọn otutu ara
Nígbà tí a bá gbé ìwọ̀n otútù sí ara, ìyípadà ooru yóò wáyé títí ìwọ̀n otútù àti ara yóò fi dé ìwọ̀n otútù ooru. Nígbà tí a bá dé ìwọ̀n yìí, a ó ka ìwọ̀n otútù thermometer sí ìwọ̀n otútù ara, èyí tí yóò mú kí ìwọ̀n náà wúlò. Láìsí Òfin Zeroth, èrò "wíwọ̀n ìwọ̀n otútù" kò ní fìdí múlẹ̀.
2. Ṣíṣe àtúnṣe àwọn ohun èlò ìwọ̀n otútù ní ilé iṣẹ́
Nínú iṣẹ́ oúnjẹ, oògùn tàbí ilé ìwádìí, a gbọ́dọ̀ ṣe àwọn sensọ̀ ìgbóná ooru nípa lílo ìtọ́kasí déédéé (fún àpẹẹrẹ, ìwẹ̀ omi ní iwọ̀n otútù pàtó kan). A gbà kí sensọ̀ àti ìtọ́kasí dé ìwọ̀n ooru kí kíkà náà lè péye. Èyí gbára lé Òfin Zeroth.
2. Òfin Àkọ́kọ́ ti Thermodynamics: Ìpamọ́ Agbára àti Ìyípadà Ooru-Iṣẹ́
Òfin Àkọ́kọ́ ti Thermodynamics jẹ́ ọ̀nà pàtàkì kan nínú òfin ìpamọ́ agbára. Ní èrò, ìyípadà nínú agbára nínú ètò kan dọ́gba pẹ̀lú ooru tí a fi sínú ètò náà láìsí iṣẹ́ tí ètò náà ṣe lórí àyíká. Agbára kò le ṣẹ̀dá tàbí parun—ó le yípadà ìrísí nìkan.
Àpẹẹrẹ ìlò:
1. Àwọn ẹ̀rọ ìjóná inú (àwọn ọkọ̀ ayọ́kẹ́lẹ́ àti àwọn alùpùpù)
Epo epo ni agbara kemikali ninu. Nigbati a ba sun, agbara yii ni a yipada si agbara ooru, eyi ti a yipada si iṣẹ ẹrọ lati gbe awọn piston, crankshaft, ati nikẹhin awọn kẹkẹ. Kii ṣe gbogbo agbara yii ni o di išipopada; pupọ julọ ni a sọnù bi ooru nipasẹ eefin ati radiator. Ofin Akọkọ ṣalaye ibi ti agbara lọ nigbati ọkọ kan ba n gbe.
2. Ilé iṣẹ́ agbára afẹ́fẹ́ (PLTU)
Èédú (tàbí orísun ooru mìíràn) máa ń gbóná omi láti ṣẹ̀dá èéfín onítẹ̀sí gíga. èéfín náà máa ń yí turbine kan padà (ó ń ṣiṣẹ́), èyí tí yóò sì yí generator padà, tí yóò sì máa mú iná mànàmáná jáde. Ìtẹ̀léra ìyípadà agbára yìí ń tẹ̀lé Òfin Kìíní: agbára ooru tí ń bọ̀ ni a pín sí agbára iná mànàmáná tí ó wúlò àti agbára ooru tí ó sọnù sí àyíká.
3. Pípù kẹ̀kẹ́ àti ìgbóná fún ìfúnpọ̀
Nígbà tí a bá fẹ́ taya, afẹ́fẹ́ náà máa ń fún pọ̀ sí i, èyí sì máa ń mú kí iwọ̀n otútù rẹ̀ pọ̀ sí i. Agbára iṣẹ́ láti ọwọ́ (nípasẹ̀ fifa omi) ni a máa ń gbé lọ sí gaasi gẹ́gẹ́ bí agbára inú, èyí tí yóò mú kí gaasi (àti fifa omi) gbóná sí i. Ìṣẹ̀lẹ̀ tó rọrùn yìí jẹ́ àpẹẹrẹ tó ṣe kedere nípa ìbáṣepọ̀ láàárín iṣẹ́ àti àwọn ìyípadà agbára inú.
4. Se omi ninu ile idana
Tí ààrò bá ń gbóná àwo, a máa ń gbé ooru láti inú iná lọ sí inú àwo àti omi. Agbára inú omi náà máa ń pọ̀ sí i, èyí á sì mú kí ooru rẹ̀ ga sí i, lẹ́yìn náà ni a ó ṣe àyípadà sí ooru. Òfin Kìíní ń ranni lọ́wọ́ láti ṣàlàyé pé agbára láti inú orísun ooru kì í pàdánù ṣùgbọ́n a máa ń tọ́jú rẹ̀ gẹ́gẹ́ bí agbára inú tàbí a máa ń lò ó fún ìyípadà ipò rẹ̀.
3. Òfin Kejì ti Thermodynamics: Ìtọ́sọ́nà Ìlànà, Entropy, àti Ìṣiṣẹ́
Òfin Kejì ti Thermodynamics ṣàlàyé pé àwọn ìlànà àdánidá ní ìtọ́sọ́nà kan. Ooru máa ń ṣàn láti inú àwọn ohun tí ó ní ìwọ̀n otútù gíga sí àwọn ohun tí ó ní ìwọ̀n otútù tí ó kéré sí i, kì í ṣe ní ọ̀nà mìíràn. Òfin yìí tún ṣe àgbékalẹ̀ èrò entropy, èyí tí a lè lóye gẹ́gẹ́ bí ìwọ̀n "àìlera," tàbí iye ọ̀nà tí a gbà ṣètò agbára nínú ètò kan. Òfin Kejì sọ pé gbogbo entropy (àyíká ètò + àyíká) máa ń pọ̀ sí i.
Àpẹẹrẹ ìlò:
1. Àwọn fìríìjì àti àwọn afẹ́fẹ́ afẹ́fẹ́: gbé ooru “sí ìtọ́sọ́nà àdánidá”
Ooru nipa ti ara n ṣàn lati inu igbona ita si inu firiji. Sibẹsibẹ, firiji n gbe ooru lati yara tutu si agbegbe ti o gbona nipa lilo agbara ina. Nitori pe o fi agbara mu ooru lati ṣàn lodi si sisan adayeba, firiji nilo agbara afikun. Idi niyi ti firiji ko le ṣiṣẹ laisi agbara ina ati pe ko le ṣaṣeyọri ṣiṣe 100%.
2. Kí ló dé tí ẹ̀rọ kò fi lè ṣiṣẹ́ dáadáa tó bẹ́ẹ̀?
Àwọn ẹ̀rọ ooru máa ń kọ̀ ooru díẹ̀ sí àyíká. Kódà àwọn ẹ̀rọ tó dára jùlọ gbọ́dọ̀ ní "ìdáná ooru" kí ìpele thermodynamic tó lè tẹ̀síwájú. Òfin Kejì ṣàlàyé àwọn ààlà ìmọ̀ nípa ìṣiṣẹ́ ẹ̀rọ, fún àpẹẹrẹ nípasẹ̀ èrò nípa ìṣiṣẹ́ Carnot, èyí tó sinmi lórí ìwọ̀n otútù àwọn orísun gbígbóná àti tútù. Ó tún ṣàlàyé ìdí tí àwọn ọkọ̀ ayọ́kẹ́lẹ́ fi máa ń mú ooru tó pọ̀ jù jáde àti ìdí tí àwọn ilé iṣẹ́ agbára fi nílò àwọn ilé ìṣọ́ ìtútù tàbí àwọn ẹ̀rọ condenser.
3. Yìnyín máa ń yọ́ ní iwọ̀n otútù yàrá
Yìnyín lórí tábìlì yóò yọ́ bí ó ṣe ń fa ooru láti inú àyíká tí ó gbóná. Ìlànà yìí ń mú kí gbogbo entropy pọ̀ sí i nítorí pé agbára náà ń pín káàkiri déédé. Ìyípadà—omi ní iwọ̀n otútù yàrá lójijì tí ó dì láìsí pé ó tú ooru sí àyíká—kì í ṣẹlẹ̀ láìròtẹ́lẹ̀ nítorí pé yóò dín gbogbo entropy kù.
4. Dapọ awọn nkan ati itankale
Òórùn òórùn dídùn náà ń tàn káàkiri yàrá náà láìsí àìní afẹ́fẹ́. Àwọn èròjà máa ń rìn láìròtẹ́lẹ̀, wọ́n sì máa ń tàn káàkiri láti àwọn agbègbè tí ó ní ìfọ́jú sí ibi tí ó kéré sí i. Èyí bá ìtẹ̀sí ètò náà mu sí ipò tí ó dọ́gba (entropy gíga).
4. Òfin Kẹta ti Thermodynamics: Ààlà Ìwọ̀n Òtútù Tó Kéré Jù àti Àìṣeéṣe Láti Dé Òdo Àṣejù
Òfin Kẹta ti Thermodynamics sọ pé bí ìwọ̀n otútù ṣe ń súnmọ́ òdo pípé (0 Kelvin), entropy ti kristali pípé súnmọ́ iye tó kéré jùlọ (ó ń súnmọ́ òdo). Ní ti gidi, òfin yìí sọ pé a kò le dé òdo pípé nípasẹ̀ iye àwọn ìgbésẹ̀ tó ní òpin.
Àpẹẹrẹ ìlò:
1. Ìmọ̀-ẹ̀rọ tó ń tàn yanranyanran
Ṣíṣe àti tọ́jú nitrogen olomi (77 K) tàbí helium olomi (tó tó 4 K) nílò àwọn ọ̀nà ìtútù díẹ̀díẹ̀ àti ìnáwó agbára tó pọ̀. Òfin Kẹta ṣàlàyé ìdí tí ó fi máa ń ṣòro tó láti dín iwọ̀n otútù kù: ó nílò ìsapá púpọ̀ láti “yọ” agbára ooru tó kù kúrò nínú ètò náà.
2. Àwọn amúṣẹ́dá àti ìwádìí ohun èlò
Àwọn ohun èlò kan máa ń di superconductors ní ìwọ̀n otútù tó kéré gan-an (tó ń sún mọ́ resistance iná mànàmáná òfo). Àwọn ilé ìwádìí máa ń lo ìlànà cryogenic láti dé ìwọ̀n otútù tó le koko, ṣùgbọ́n wọn kì í dé 0 K ní tòótọ́. Òfin Kẹta ló ṣe ìpìlẹ̀ ààlà ìtútù pàtàkì, ó sì ṣàlàyé bí àwọn ohun èlò ṣe ń hùwà ní ìwọ̀n otútù tó kéré sí i.
3. Awọn sensọ iwọn otutu kekere ati ohun elo
Nínú àwọn ilé ìwòran ìjìnlẹ̀ ayé, a sábà máa ń tutù àwọn sensọ infrared láti dín ariwo ooru kù. Bí ooru bá ti dín, bẹ́ẹ̀ ni ariwo ooru náà ṣe dín, ṣùgbọ́n àwọn ààlà tó wúlò àti ti ìmọ̀-ẹ̀rọ wà tí ó bá Òfin Kẹta mu.
5. Àwọn Òfin Thermodynamics nínú Ìgbésí Ayé Ojoojúmọ́: Àkópọ̀ Gbogbo
Ní àpapọ̀, àwọn òfin mẹ́rin ti thermodynamics ló ṣe àgbékalẹ̀ ìlànà fún bí a ṣe ń lóye agbára:
– Òfin Zeroth gba láàyè láti wọn ìwọ̀n otutu àti òye nígbà tí ohun méjì bá “ní ìwọ̀n ooru”.
– Òfin Àkọ́kọ́ rí i dájú pé a lè ṣírò àti tọ́pasẹ̀ àwọn ìyípadà agbára nínú ètò kan—kò sí agbára tí a ó pàdánù láìsí àmì kan.
– Òfin Kejì sọ fún wa nípa ìtọ́sọ́nà ìlànà náà, ó sì ṣàlàyé ìdí tí a fi máa ń “san owó” agbára nígbà tí a bá fẹ́ gbé ooru tàbí láti yí agbára padà sí iṣẹ́ déédéé.
– Òfin Kẹta gbé ààlà kalẹ̀ lórí ìtútù, ó sì ṣàlàyé bí nǹkan ṣe ń rí bí ó ṣe ń sún mọ́ ìwọ̀n otútù tó lọ sílẹ̀ gan-an.
Àwọn àpẹẹrẹ bíi fìríìjì, ẹ̀rọ ọkọ̀ ayọ́kẹ́lẹ́, ilé iṣẹ́ agbára, ìfúnpọ̀ gáàsì, yíyọ́ yìnyín, àti ìmọ̀ ẹ̀rọ cryogenic pàápàá fihàn pé thermodynamics ju àgbékalẹ̀ kan lọ nínú ìwé ìkẹ́kọ̀ọ́. Ó jẹ́ ìlànà tí ó ń darí àwọn ẹ̀rọ ìmọ̀ ẹ̀rọ òde òní àti àwọn ìlànà àdánidá tí ó yí wa ká. Lílóye àwọn ohun tí ó ń lò ó ń ràn wá lọ́wọ́ láti ṣe àyẹ̀wò agbára ṣíṣe, ṣe àgbékalẹ̀ àwọn ẹ̀rọ tí ó gbéṣẹ́ jù, àti láti lóye ìdí tí àwọn nǹkan kan fi jẹ́ “kò ṣeé ṣe”—fún àpẹẹrẹ, ẹ̀rọ tí ó munadoko 100% tàbí ìtútù sí òdo pátápátá. Nítorí náà, àwọn òfin thermodynamics wà lára àwọn ìpìlẹ̀ tí ó wúlò jùlọ àti tí ó báramu ti fisiksi nínú ìgbésí ayé wa.
