termodynaamikassa

Termodynaamika on fysiikan osa-alue, joka tutkii lämpöenergian ja sen vaihdunnan sekä energian ja työn suhteita systeemeissä. Sen perusteet perustuvat neljään pääperiaatteeseen, jotka tunnetaan nimillä termodynaamiset lait. Termodynaamisen systeemin voi määritellä suljetuksi, avoimeksi tai eristettyksi riippuen siitä, miten se vuorovaikuttaa ympäristönsä kanssa. Suljetussa systeemissä aine ei pääse ulos tai sisään, mutta energia voi vaihtua. Avoimessa systeemissä sekä aine että energia voivat siirtyä ympäristön kanssa, kun taas eristetyssä systeemissä molemmat ovat suljettuja.

Ensimmäinen termodynaaminen laki, energiansäästölaki, ilmaisee, että systeemin sisäisen energian muutos on yhtä suuri kuin siihen lisätyn lämmön ja ulkoisen työn summa. Toinen laki, entropian laki, osoittaa, että suljetun systeemin entropia, eli epäjärjestyksen mittari, kasvaa tai pysyy samana prosessin aikana. Kolmas laki liittyy absoluuttisen nollapisteen saavuttamiseen, jossa systeemin entropia on nolla. Neljäs laki, joka on vähemmän tunnettu, koskee termodynaamisen tasapainon saavuttamista.

Termodynaamiset prosessit, kuten isobaarinen, isokoorinen, isoterminen ja adiabaattinen, kuvaavat eri olosuhteissa tapahtuvaa energiaa ja lämpöä. Näitä prosesseja sovelletaan laajalti teknisissä sovelluksissa, kuten moottoreissa, lämpöpumpuissa ja kylmätekniikassa. Termodynaamiset periaatteet ovat myös keskeisiä kemiallisissa reaktioissa ja biologisissa systeemeissä, kuten solujen energiantuotannossa. Tieteen kehitys on edennyt muun muassa Carnotin, Clausiuksen ja Boltzmannin työn kautta, jotka ovat panneet merkittäviä panoksia termodynaamisen teorian kehittämiseen.