Termodinamica
La termodinamica è una branca della fisica che studia il movimento del calore tra oggetti diversi. La termodinamica studia anche la variazione della pressione e del volume degli oggetti. Una branca della matematica chiamata statistica è spesso utilizzata in termodinamica per studiare il movimento delle particelle.
La termodinamica è utile perché ci aiuta a capire come il mondo dei piccolissimi atomi si collega al mondo su larga scala che vediamo ogni giorno.
La termodinamica ha anche due rami principali chiamati termodinamica classica e termodinamica statistica. Un'idea importante in termodinamica è quella di un sistema termodinamico.
Un esempio di sistema termodinamico è un mattone. Un mattone è costituito da molti atomi che hanno tutti proprietà proprie. Tutti i sistemi termodinamici hanno due tipi di proprietà, estese e intensive. Per il mattone, le proprietà estese sono quelle che si ottengono sommando tutti gli atomi. Cose come il volume, l'energia, la massa e la carica sono estese perché due dello stesso mattone messo insieme hanno il doppio della massa di un mattone. Le proprietà intensive del mattone sono quelle che si ottengono osservando la media di tutti gli atomi. Cose come la temperatura, la pressione e la densità sono intensive perché due dello stesso mattone hanno ancora la stessa temperatura di un solo mattone.
Leggi della termodinamica
Ci sono quattro leggi della termodinamica che dicono come l'energia può essere spostata tra due oggetti sotto forma di calore.
- Legge di Zeroth della termodinamica
Se due sistemi hanno lo stesso flusso di calore avanti e indietro e uno dei due sistemi ha lo stesso flusso di calore avanti e indietro con un altro sistema, tutti e tre i sistemi hanno lo stesso flusso di calore l'uno con l'altro.
Un aumento di energia in un sistema è uguale all'energia data ad un sistema sotto forma di calore o di lavoro. L'energia non può essere creata o distrutta, ma solo cambiata. La quantità di energia data ad un sistema è la stessa quantità di energia prelevata dall'ambiente circostante.
Data una coppia di sistemi che toccano temperature diverse, il calore passerà da caldo a freddo fino a quando la temperatura dei sistemi non diventerà uguale.
- Terza legge della termodinamica
Quando un sistema ha una temperatura di 0 kelvin, zero assoluto (la temperatura più bassa), l'entropia (energia che non può essere utilizzata per lavorare) è a 0.
Usi della termodinamica
In precedenza, la termodinamica è stata studiata per far funzionare meglio le macchine a vapore. Ora, le idee della termodinamica sono usate in tutto, dalla costruzione dei motori allo studio dei buchi neri.
Gli scienziati usano la termodinamica per molti motivi. Uno è quello di realizzare motori e frigoriferi migliori. Un altro è quello di capire le proprietà dei materiali di uso quotidiano in modo che possano renderli più forti in futuro. La termodinamica è usata anche in chimica per spiegare quali reazioni funzioneranno e quali no (questo studio è noto come cinetica chimica). La termodinamica è potente perché i semplici modelli per gli atomi funzionano bene nello spiegare le proprietà dei grandi sistemi come i mattoni.
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Domande e risposte
D: Cos'è la termodinamica?
R: La termodinamica è una branca della fisica che studia le relazioni tra calore, temperatura ed energia.
D: Come si usa la matematica nella termodinamica?
R: La matematica, in particolare la statistica, viene spesso utilizzata nella termodinamica per esaminare il movimento delle particelle.
D: Quali sono alcune applicazioni della termodinamica?
R: La termodinamica ci aiuta a capire come il mondo degli atomi molto piccoli si collega al mondo su larga scala che vediamo tutti i giorni. Ha due rami principali, chiamati termodinamica classica e termodinamica statistica.
D: Qual è un esempio di sistema termodinamico?
R: Un esempio di sistema termodinamico è un mattone che consiste in molti atomi con le loro proprietà.
D: Cosa sono le proprietà estensive?
R: Le proprietà estensive sono quelle che si ottengono sommando tutti gli atomi, come il volume, l'energia, la massa e la carica, perché due mattoni dello stesso tipo messi insieme hanno il doppio della massa di un mattone.
D: Cosa sono le proprietà intensive?
R: Le proprietà intensive sono quelle che si ottengono osservando la media di tutti gli atomi, come la temperatura, la pressione e la densità, perché due mattoni uguali hanno la stessa temperatura di un mattone solo.
