thermodynamisk

Thermodynamik, eller termodynamik när man refererar till energiomvandlingar i makroskopiska system, är studiet av hur värme och arbete överförs samt hur energi förändras och fördelas. Den beskriver sambanden mellan tillståndsvariabler som temperatur, tryck, volym och inre energi, och hur dessa förändras vid olika processer.

Ett grundläggande begrepp är systemet och dess omgivning samt hur energi lämnar eller tillförs systemet. Tillståndsfunktioner som inre energi, entalpi och entropi är egenskaper som beskriver utslaget av ett tillstånd oberoende av hur det uppnåddes.

De centrala lagarna

- Zeroth-lagen: Temperatur definieras genom att om två system är i termisk jämvikt med ett tredje, är de i jämvikt med varandra. Denna lag gör temperatur till ett meningsfullt begrepp.

- Första huvudsatsen: Energi bevaras. Ändringen i inre energi (ΔU) är lika med tillfört värme minus utfört arbete (ΔU = Q − W).

- Andra huvudsatsen: Entropi i ett slutet system tenderar att öka i naturliga processer; man kan inte omvandla all värme till arbete i en cyklisk process. Detta innefattar olika formuleringar, till exempel Clausius och Kelvin–Planck.

- Tredje huvudet: Entropin hos ett perfekt kristall vid absoluta nollpunkten är noll; absolut noll kan inte uppnås i praktiken.

Vanliga processer bygger på isoterma, isobara, isochora och adiabatisk förändring. Tillämpningar finns inom maskin- och kylteknik, kemiska reaktionsdysi och energihantering. Nyare begrepp inkluderar tillstånds- och flödesbaserade beskrivningar samt fria energier som Gibbs och Helmholtz.