מהי תרמודינמיקה?

תרמודינמיקה היא התמחות בפיזיקה המוקדשת לחקר אנרגיה במערכות גדולות. באופן ספציפי יותר, התרמודינמיקה מסבירה את הקשר בין האנרגיה הקינטית והפוטנציאלית של המערכת לכמות החום והעבודה שהמערכת יכולה לייצר. במהלך השנים פיתחו מהנדסים ומתמטיקאים, בהם אייזק ניוטון וג'יימס ג'ול, שלושה עקרונות אוניברסליים של תרמודינמיקה. אלה ידועים כחוקי התרמודינמיקה.

חוק ה"אפס "הנקרא במבוכה של התרמודינמיקה קובע את עקרון שיווי המשקל התרמודינמי. זה מתאר את נטיית האנרגיה בתוך המערכת להתפשט באופן שווה בכל המערכת. אם תחמם סיר מים, למשל, כל המים בסיר יעלו בסופו של דבר לטמפרטורה אחידה למרות שמרחת חום רק על תחתית הסיר.

החוק הראשון של התרמודינמיקה, או חוק שימור האנרגיה, מסביר כי לא ניתן ליצור או להרוס אנרגיה בתוך מערכת. בכל מערכת, האנרגיה הכוללת של המערכת, כפי שהיא מוגדרת על ידי האנרגיה הקינטית והפוטנציאלית הכלולה ב- המערכת, שווה תמיד לכמות העבודה שנעשתה על ידי המערכת המופחתת מכמות החום שנוספה ל- מערכת. חוק זה מסביר מדוע אתה צריך להמשיך להוסיף דלק לרכב שלך כדי לנסוע רחוק יותר. המכונית שלך ממירה את האנרגיה הפוטנציאלית המאוחסנת בבנזין לחום ולעבודה.

החוק השני של התרמודינמיקה מגביל את העברת האנרגיה בתוך מערכת. על פי החוק, אי אפשר להעביר 100 אחוז מהאנרגיה הזמינה מחלק אחד של המערכת לחלק אחר. הנטייה לאבד אנרגיה מכונה אנטרופיה. במקרה של מנועי מכוניות, למשל, לא משנה כמה יעיל העיצוב, חלק מהאנרגיה הפוטנציאלית בבנזין תתבזבז בתהליך הבעירה עקב אנטרופיה. חוק זה מסביר גם מדוע מכונות לתנועה תמידית אינן אפשריות מבחינה פיזית.