قوانين ترموديناميك

قانون صفرم ترموديناميك

قانون صفرم ترموديناميك بيان مي‌كند كه اگر دو [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] با سيستم سومي در حال [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] گرمايي باشند، با يكديگر در حال تعادلند.

قانون اول ترموديناميك

قانون اول ترموديناميك كه به عنوان [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] نيز شناخته مي‌شود، مي‌گويد كه حالت تعادل ماكروسكوپي يك [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] با كميتي به نام انرژي دروني (U) بيان مي‌شود. انرژي دروني داراي خاصيتي است كه براي يك سيستم منزوي (ايزوله) داريم:

U=مقدار ثابت
اگر به سيستم اجازهٔ برهم‌كنش با [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] داده شود، سيستم از حالت ماكروسكوپي اوليهٔ خود به حالت ماكروسكوپي ديگري منتقل مي‌شود كه تغيير انرژي دروني را براي اين تحول (فرآيند) مي‌توان به شكل زير نشان داد:
ΔU = Q − W
كه در اين فرمول W، كار ماكروسكوپي انجام شده توسط سيستم در برابر نيروي خارجي و Q مقدار گرماي جذب شده توسط سيستم در طي اين فرآيند است.
نمادگذاري

شميي و فيزيك

چون در [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] و [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] سيستم مورد توجه است، گرما و كاري كه به سيمتم داده مي‌شود مورد نظر ماست و انرژي دروني را Q+W در نظر مي‌گيريم.(سيستم را بسته,در حالت سكون و در غياب ميداانها در نظر ميگيريم)
,

where
dU يك افزايش [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] در انرژي دروني سيستم است.,
δQ يك مقدار بي‌اندازه كوچك از گرما كه به سيستم افزوده مي‌شود,
δW يك كار بي‌اندازه كوچك كه بر روي سيستم انجام مي‌شود و
δ نماد [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] است.قانون دوم ترموديناميك

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] تنها بياني از تئوري كار و انرژي يا قانون بقاي انرژي است. يك [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] ساده يا يك آونگ ايده‌آل براي هميشه به نوسان ادامه مي‌دهد. فيلمي از يك آونگ كه به جلو و عقب نوسان مي‌كند را در نظر بگيريد. اگر ما فيلم را برعكس نشان بدهيم، نخواهيم توانست آن را از حالت عادي تشخيص بدهيم.

اما برداري (نشانگري) براي زمان وجود دارد. دامنهٔ نوسان آونگ به تدريج كوجكتر مي‌شود. اگر توپي را از ارتفاع خاصي رها كنيد، در هر بار برخورد توپ با زمين، كمتر از دفعهٔ قبل بالا خواهد آمد. فيلمي از اين توپ در دنياي واقعي، هنگام پخش برعكس، متفاوت ديده خواهدشد. قطعات يخ در داخل فنجان چاي ذوب مي‌شوند در حالي كه چاي سردتر مي‌شود.
هيچ تناقضي با قانون اول ترموديناميك نخواهد داشت اگر ما ببينيم كه در داخل يك فنجان چاي قطعات يخ تشكيل شده و چاي گرمتر شود. اين با قانون بقاي انرژي سازگار است اما «ما هيچگاه چنين چيزي را نمي‌بينيم». قانون دوم ترموديناميك توضيح مي‌دهد كه چرا چنين چيزي اتفاق نمي‌افتد.
بيان [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] - [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
ساخت يك موتور گرمايي سيكلي (چرخه‌اي) كه جر جذب [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] از منبع و انجام [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] مساوي با گرماي چذب شده تأثير ديگري بر [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] نداشته باشد، غير ممكن است.
يا مي‌توان گفت كه: ساخت ماشين گرمايي با بازدهي ۱۰۰ درصد غيرممكن است.

بيان [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

ساخت يك موتور سيكلي كه تأثيري جز انتقال مداوم گرما از دماي سرد به دماي گرم نداشته باشد، غير ممكن است.

ارتباط اين دو بيان

اين دو بيان قانون دوم ترموديناميك معادل (هم‌ارز) هستند. اگر بتوان يكي از آنها را نقض كرد، ديگري نيز نقض مي‌شود.


قانون سوم ترموديناميك

قانون سوم ترموديناميك مي‌گويد هنگامي كه [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] يك [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] به حداقل مقدار خود ميل مي‌كند، [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] سيستم به مقدار قابل چشم‌پوشي مي‌رسد. يا بطور نمادين: هنگامي كه

،

از رابطهٔ بين انرژي دروني و [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] ، رابطهٔ بالا را مي‌توان به صورت زير نوشت:
هنگامي كه ،
اما در هنگام كاربرد اين قانون بايد توجه داشت كه در اين دما () سيستم در حال [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] است يا نه. زيرا با پايين آمدن دما، سرعت رسيدن به تعادل خيلي زياد مي‌شود