termodinamikát

Termodinamikát a fizikai tudományok egyik alapága, amely a makroszkopikus rendszerek energiájának átvitelét és átalakulását vizsgálja. A terület a nyomás, térfogat, hőmérséklet és anyagösszetétel közötti összefüggéseket, valamint az állapotfüggvényeknek nevezett jellemzőket és ezen jellemzők energiaszámításban való alkalmazását tárgyalja. A termodinamika a zárt és nyitott rendszerek energiagazdálkodását, fázisátalakulásokat és kémiai reakciókat is felöleli.

Zerotörvény: ha két rendszer hőmérséklete megegyezik egy harmadik rendszerrel, akkor egymással is hőmérsékletük összeegyeztethető. Első törvény: energia megmaradása. Zárt rendszerben a belső energia változása ΔU = Q − W, ahol Q a rendszerbe érkező hő, W a rendszer által végzett munka (a jelölések konvenció szerint). Második törvény: az entrópia nem csökken a világegyetemben; irreverzibilis folyamatokban ΔS ≥ 0. Reversibilis folyamatnál ΔS = ∫ δQrev / T. A Carnot-hatékonyság a legnagyobb elméleti hatásfokot adja meg hőerőműveknél: η_Carnot = 1 − Tc/Th. Harmadik törvény szerint T → 0-hoz közelítve az entrópia minimális értéket ér, és abszolút nulla nem érhető el.

Rendszerek és állapotfüggvények: zárt és nyitott rendszerek, valamint kontrolltérfogatok. A fő állapotfüggvények közé tartozik a belső energia U, az entalpia H, az entrópia S, a Gibbs-szabadenergia G és a Helmholtz-szabadenergia F; ezek a hőmérséklet, nyomás és térfogat függvényei. Az energiaátalakulások és a ciklusok elemzése nélkülözhetetlen a gyakorlati alkalmazásokhoz.

Ágazatok és alkalmazások: klasszikus termodinamika, statisztikus termodinamika, kémiai termodinamika és kvantumtermodinamika. Alkalmazások közé tartozik az energiatermelés és hőátbocsátási folyamatok, hűtés és fűtés, fázisátalakulások, kémiai reakciók energiamenedzselése és anyagtudomány.