termodynamikens

Termodynamiken är den gren av fysik och kemisk fysik som studerar energiomvandlingar och värmetransport i makroskopiska system. Den beskriver hur tillståndsvariabler som temperatur, tryck och volym förändras när energi överförs som värme eller utfört arbete, och hur system och omgivningar närmar sig jämvikt. Genom att analysera processer och cykler används termodynamikens principer inom teknik, naturvetenskap och industri.

De fyra huvudsatserna är: den nollte huvudsatsen om termiskt jämviktsförhållande; den första huvudsatsen (energins bevarande) som uttrycker dU = δQ − δW, där δW ofta motsvarar arbete vid volymändring; den andra huvudsatsen som anger att entropi i ett isolerat system aldrig minskar och att spontana processer har en viss riktning; den tredje huvudsatsen som säger att entropin går mot ett konstant värde när temperaturen närmar sig absolut noll Kelvin (för perfekta kristaller är det ofta noll). Storheter som U, H, S och G används för att beskriva tillstånd och drivkrafter i fysik och kemiska system.

Viktiga begrepp är tillståndsvariabler, arbete och värme, samt olika processer som ärobarisk, isotermisk, isokorisk och adiabatiska. Entalpi H = U + pV och Gibbs fria energi G = H − TS är centrala relationer tillsammans med entropi S. Användningen innefattar analys av värmemotorer, kyl- och värmepumpar, klimatsystem, kemiska reaktioner och fasövergångar, samt kopplingar till statistisk mekanik som ger mikroskopiska tolkningar av energi och entropi.

Termodynamiken har bred tillämpning inom mekanik, energioptimering och materialvetenskap, där den tjänar som grund för att analysera effektivitet hos energisystem, design av processer och förståelse av naturliga och tekniska fenomen.