Три (чотири) початки термодинаміки
Три початки термодинаміки, які пов’язують такі поняття, як “тепло” і “робота“, є своєрідним аналогом трьох Законів Ньютона в механіці.
Фактично існує чотири початки термодинаміки:
- Нульовий початок термодинаміки говорить про термодинамічну рівновагу.
- Перший початок термодинаміки – про збереження енергії.
- Другий початок термодинаміки – про теплові потоки.
- Третій початок термодинаміки – про недосяжність абсолютного нуля.
Загальний (нульовий) початок термодинаміки
Загальний (нульовий) початок термодинаміки говорить, що два тіла перебувають у стані теплової рівноваги, якщо вони можуть передавати один одному теплоту, але цього не відбувається.
Неважко здогадатися, що два тіла не передають одне одному теплоту в тому випадку, якщо вони мають рівні температури.
Наприклад, якщо виміряти температуру людського тіла за допомогою термометра, а потім, цим же термометром виміряти температуру води у ванній, і при цьому виявиться, що обидві температури збігаються, можна говорити про те, що людина знаходиться в тепловій рівновазі з водою у ванній.
Зі сказаного вище, можна сформулювати нульовий початок термодинаміки наступним чином: два тіла, що знаходяться в тепловій рівновазі з третім, також знаходяться в тепловій рівновазі між собою.
З точки зору фізики нульовий початок термодинаміки встановлює точку відліку, оскільки між двома тілами, які мають однакову температуру, тепловий потік відсутній.
Іншими словами, можна сказати, що температура є не що інше, як індикатор теплової рівноваги.
Перший початок термодинаміки
Перший початок термодинаміки – це закон збереження теплової енергії, який стверджує, що енергія нікуди не дівається безвісти.
Система може або поглинати, або виділяти теплову енергію Q, при цьому система виконує над оточуючими тілами роботу W (або оточуючі тіла виконують роботу над системою), при цьому внутрішня енергія системи, яка мала початкове значення Uпоч, дорівнюватиме Uкін:
Uкін-Uпоч = ΔU = Q-W
Теплова енергія, робота та внутрішня енергія визначають загальну енергію системи, що є постійною величиною. Якщо системі передати (забрати) деяку кількість теплової енергії Q, за відсутності роботи кількість внутрішньої енергії системи U, збільшиться (зменшиться) на Q.
Другий початок термодинаміки
Другий початок термодинаміки говорить, що теплова енергія може переходити тільки в одному напрямку – від тіла з більш високою температурою до тіла, з більш низькою температурою, але не навпаки.
Третій початок термодинаміки
Третій початок термодинаміки говорить, що будь-який процес, що складається з кінцевого числа етапів, не дозволить досягти температури абсолютного нуля (хоча до нього можна суттєво наблизитися).