ترمودینامیک

کلاس‌ درس برخطی مربوط به موضوع این مقاله در کلاس‌های درس اینترنتی در بخش شیمی موجود است.

ترمودینامیک (ریشهٔ یونانی دارد و از دو بخش θερμη به معنی گرما و δυναμις به معنی نیرو تشکیل شده که که از سرهم بندیشان می‌شود نیروی گرما) شاخه‌ای از فیزیک و شیمی است که پدیده‌های ماکروسکوپیکی که از تغییر دما، فشار و حجم در یک سیستم فیزیکی اتفاق می‌افتد بررسی می‌کند.

تاریخچه

نوشتار اصلی: تاریخچه ترمودینامیک

سعدی کارنو (۱۷۹۶ - ۱۸۳۲): پدر ترمودینامیک

شروع ترمودینامیک از ساخت اولین پمپ خلأ در سال ۱۶۵۰ میلادی و توسط اتو وان گریکه (به انگلیسی: Otto von Guericke) شروع شد و ثابت کرد که نظریه ارسطو مبنی بر اینکه طبیعت از خلا متنفر است، اشتباه است.مدتی بعد فیزیکدان و شیمی‌دان ایرلندی رابرت بویل طرز کار دستگاه جریکو را یاد گرفت و به همراه فیزیکدان انگلیسی رابرت هوک توانست اولین پمپ هوا را در سال ۱۶۵۶ بسازد. و بین حجم و فشار رابطه‌ای تعریف کردند، که امروزه به قانون بویل مشهور است. سپس در سال ۱۶۷۹ شریک بویل دنیس پاپین اولین steam digester را ساخت که یک ظرف دربسته با در محکم بود که در آن بخار با فشار بالا تولید می‌شد. بررسی علمی ماشین بخار توسط سعدی کارنو شروع شد به افتخار کارنو چرخه‌ای که بر اساس دو دما کار می‌کند که بالاترین بازدهی را دارد، چرخه کارنو نامیده‌اند.

نیروهای ترمودینامیکی

پنج نیروی مهم ترمودینامیک عبارتند از:

انرژی درونی	$U\,$
انرژی آزاد هلهمولتز	$A=U-TS\,$
آنتالپی	$H=U+PV\,$
انرژی آزاد گیبس	$G=U+PV-TS\,$
پتانسل بزرگ	$\Phi_{G}=U-TS-\mu N\,$

قوانین ترمودینامیک

قانون صفرم ترمودینامیک

قانون صفرم ترمودینامیک بیان می‌کند که اگر دو سیستم با سیستم سومی در حال تعادل گرمایی باشند، با یکدیگر همدمامی باشند.

قانون اول ترمودینامیک

انرژی درونی یک سیستم منزوی ثابت و پایدار است. قانون اول ترمودینامیک که به عنوان قانون بقای کار و انرژی نیز شناخته می‌شود، می‌گوید: تغییر انرژی درونی یک سیستم برابر است با مجموع گرمای داده شده به سیستم و کار انجام شده بر آن:

$\Delta{U}=Q+W$

قانون دوم ترمودینامیک

ساخت یک موتور سیکلی که تأثیری جز انتقال مداوم گرما از دمای سرد به دمای گرم نداشته باشد، غیر ممکن است. بیان کلوین-پلانک:غیرممکن است وسیله‌ای بسازیم که در یک سیکل عمل کند ودر عین حال فقط بایک مخزن تبادل حرارت داشته باشدیعنی غیر ممکن است یک موتور حرارتی بدون از دست دادن گرمادرQc به کار خود ادامه دهد. بیان کلازیوس:امکان ندارد که یک یخچال طی یک چرخه، تمام انرژی را که از منبع سرد دریافت می‌کند به منبع گرم انتقال دهد؛ بلکه مقداری از این انرژی را طی این فرا

قانون سوم ترمودینامیک

قانون سوم ترمودینامیک می‌گوید هنگامی که انرژی یک سیستم به حداقل مقدار خود میل می‌کند، انتروپی سیستم به مقدار قابل چشم‌پوشی می‌رسد. یا بطور نمادین: هنگامی که $U\longrightarrow{U_{0}}$، $S\longrightarrow{0}$

دسته‌بندی ترمودینامیک

• ترمودینامیک کلاسیک
• ترمودینامیک آماری

کمیت‌های وابسته

• انتروپی
• آنتالپی
• انرژی آزاد گیبس
• انرژی آزاد هلمهولتز
• انرژی درونی
• فشار
• دما
• حجم
• ضریب انبساط حرارتی
• ظرفیت گرمایی
• تراکم پذیری
• فیوگاسیته(بی‌دوامی)
• اکتیویته (فعالیت)

مفاهیم مرتبط

• سیستم
• محیط
• منبع گرمایی
• حالت تعادل
• گاز ایده‌آل
• گاز حقیقی
• فرآیند
  • فرآیند برگشت ناپذیر
  • فرآیند برگشت پذیر
  • فرآیند خودبخودی
  • فرآیند غیر خودبخودی
  • فرآیند تعادلی
  • فرآیند غیر تعادلی
  • فرآیند هم‌دما (ایزوترم)
  • فرآیند هم‌فشار (ایزوبار)
  • فرآیند بی‌دررو (آدیاباتیک)
  • فرآیند هم‌حجم (ایزوکور)
• حالت استاندارد

جستارهای وابسته

• شیمی-فیزیک
• ترمودینامیک مواد
• ترمودینامیک محلول‌ها
• تاریخچه ترمودینامیک

منبع مطالعه

• فایل PDF فارسی جزوه ترمودینامیک یک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف
• کتاب پویای الکترونیکی ترمودینامیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف

منابع

معنای واژهٔ «ترمودینامیک» را در ویکی‌واژه ببینید.

در ویکی‌انبار پرونده‌هایی دربارهٔ ترمودینامیک موجود است.