Termodünaamika uurib soojuse ja muude energialiikide vahelisi seoseid. See on tehniliselt füüsika haru ja sellel on ülikooliõpilaste jaoks ühe raskeima õppeaine maine. Kuigi on tõsi, et termodünaamika võib olla üsna segadusttekitav, pole põhjust, miks te ei õnnestu, kui olete hoolas õpilane! Väikese raske töö ja tunnis terava keskendumisega olete selle huvitava teema õppimisel õigel teel.
1
Paljude inimeste jaoks on see üsna raske, kuid mitte mingil juhul võimatu. Termodünaamika mõisted kipuvad olema üsna keerulised ja sellega on seotud palju keerulist matemaatikat. Selle tulemusena võib olla raske sammu pidada, kui kaotate matemaatika mõistete seose ja vastupidi. Hea uudis on see, et klassis keskenduvad õpilased saavad selles aines paremini hakkama! Samuti on palju õpilasi, kes peavad termodünaamikat vedelikudünaamika, orgaanilise keemia või arvutustega võrreldes lihtsamaks. Raskusaste on suhteline, nii et kui teil on tugev loodusteaduste ja matemaatika taust, pole põhjust eeldada, et termodünaamika on eriti keeruline. Paljudel õpilastel on definitsioone ise kuidagi raske järgida. Näiteks tundub, et sisemine energia ja sisemine soojus on sama asi, kuid tegelikult on need kaks täiesti erinevat asja.
2
Võtke kõigepealt algebra, diferentsiaalvõrrandid ja füüsika. Samuti võite kasu saada mõne keemiatunni läbimisest, enne kui asute termodünaamikasse. Termodünaamikas on palju keerulist matemaatikat, nii et teadmine, kuidas töötada diferentsiaalvõrrandite ja kõrgetasemelise algebraga, aitab oluliselt kaasa. Pidage meeles, et isegi kui te ei usu, et olete valmis, on tund palju lihtsam, kui te Olge keskendunud ja osalege igal loengul! Paljud ülikoolid nõuavad enne termodünaamika õppimist füüsika, diferentsiaalvõrrandite, algebra ja orgaanilise keemia läbimist.
3
Esimene seadus ütleb põhimõtteliselt, et energiat ei saa luua ega hävitada. Energia võib liikuda või muuta oma vormi, kuid see ei saa välja paista tühjalt kohalt ega täielikult kustuda. Seda seadust väljendatakse sageli võrrandiga E2 – E1 = Q – W, kus ühe süsteemi siseenergia (E2) miinus teise süsteemi siseenergia (E1) võrdub soojusülekandega (Q) miinus töö (W). Tegelikult on seadus, mis on enne esimest seadust (esimene seadus avastati esimesena). Seda nimetatakse “null-seaduseks. See ütleb, et kui kaks objekti on termodünaamilises tasakaalus kolmanda objektiga, on need kaks objekti ka üksteisega tasakaalus.
4
Teine seadus käsitleb entroopiat ja soojuse liikumist. Põhimõtteliselt, kui teil on kõrvuti kuum ja külm objekt, kandub soojus kuumalt esemelt külmale. Tegelikult ütleb teine seadus, et see ei saa teisiti toimida. Valem on väljendatud kujul ΔS = ΔQ/T, kus Q (soojuse) muutus jagatud T-ga (temperatuur) võrdub entroopia (ΔS) muutusega süsteemis. Entroopia on võtmemõiste termodünaamikas. Põhimõtteliselt viitab entroopia energia hulka, mis ei ole töö tegemiseks saadaval. Paljud termodünaamika kontseptsioonid põhinevad entroopia mõistmisel. Saate selle kohta palju teada juba klassi alguses.
5
Kolmas seadus ütleb, et puhtal kristallil, millel pole soojust, pole entroopiat. See tundub veidi juhuslik, kuid põhimõtteliselt taandub see järgmisele: kui soojust pole, ei pääse kuumus välja. Seega, kui teil on objekt, millel puudub sisemine energia ja temperatuur, pole entroopiat. Termodünaamika kolmanda seaduse valemit pole olemas. Mõelge lihtsalt kolmandale seadusele nii: soojusel on kalduvus lahkuda, kui süsteem pole suletud. Kui soojust pole, pole ka ülekannet. See tundub iseenesestmõistetav, kuid soojuse ja entroopia käitumise osas on see oluline seadus.
6
Saate palju teada energia, massi ja soojuse kohta. Termodünaamika eesmärk on mõõta ja mõista, kuidas soojus ja muud energiavormid üksteisega suhtlevad. Seega on võtmetähtsusega sellised mõisted nagu energia muundamine, molekulide käitumine ja kineetiline/potentsiaalne energia. Entroopia on veel üks suur mõiste. Samuti saate teada, millised on erinevused avatud ja suletud süsteemide vahel, mis muudab soojuse ja energia toimimist. Iga korralik termodünaamikaprofessor katab põhimõisteid enne, kui nad vastavasse matemaatikasse jõuavad. Olge tunnis usin märkmete tegija ja esitage küsimusi, kui õpetaja neid mõisteid käsitleb, ja kõik on korras!
7
Termodünaamika on oluline, kui soovite energiat mõista. Kui teie plaanid on ehitada mootor, uurida molekulide käitumist või leida tõhusam viis metsatulekahjude ärahoidmiseks, on teil vaja termodünaamika põhjalikku mõistmist. Termodünaamika tundmine on eelduseks ka töökohtadel inseneri-, fossiilkütustetööstuses, lennunduses ja bioloogias. Isegi kui te ei kavatse termodünaamikaga seotud valdkonnas töötada, näete põhimõtteid kõikjal. Termodünaamika on põhjus, miks teie seadmed töötavad, kui ühendate need seinaga, ja miks 70 °F (21 °C) vesi tundub teie nahal külm, kuid sama temperatuuriga õhk on mugav!