1. Що вивчає термодинаміка?
Термодинаміка — розділ фізики про теплові процеси та перетворення енергії. Вона відповідає на питання: скільки роботи можна отримати із теплоти, і чому цей процес обмежений.
На відміну від молекулярно-кінетичної теорії, термодинаміка не розглядає окремі молекули — вона оперує макроскопічними величинами: температурою T, тиском P, об'ємом V, внутрішньою енергією U, ентропією S.
Рівняння стану ідеального газу: PV = νRT = NkT, де R = 8.314 Дж/(моль·К) — універсальна газова стала, k = 1.38×10⁻²³ Дж/К — стала Больцмана
2. Перший закон термодинаміки
Альтернативно: Q = ΔU + A (теплота йде на зміну внутрішньої енергії та роботу)
Де: U — внутрішня енергія тіла [Дж], Q — теплота [Дж], A — робота газу [Дж].
Застосування I закону до різних процесів
Вся теплота → робота
Робота за рахунок внутр. енергії
Вся теплота → нагрів
ΔU = Q − PΔV
3. Другий закон термодинаміки
Формулювання Клаузіуса: теплота самовільно передається лише від гарячого тіла до холодного.
Формулювання Кельвіна: неможливо побудувати теплову машину, яка б повністю перетворювала теплоту на роботу.
Що таке ентропія?
Ентропія S — міра «невпорядкованості» системи. Мікроскопічно: S = k·ln(W), де W — кількість мікростанів, що відповідають макростану.
Кристал льоду (впорядкований) → рідка вода → пара: ентропія зростає на кожному кроці.
4. Теплова машина і цикл Карно
Теплова машина забирає теплоту Q₁ від нагрівника (T₁), виконує роботу A і відводить теплоту Q₂ до холодильника (T₂ < T₁):
Цикл Карно — ідеальний оборотний цикл між двома температурами. Теорема Карно:
Практичний висновок: щоб підвищити ККД, треба підвищувати температуру нагрівника або знижувати температуру холодильника. Саме тому в парових турбінах використовують перегріту пару (500–600°C).
5. Приклад задачі
Умова: Теплова машина отримує від нагрівника Q₁ = 800 Дж і відводить Q₂ = 500 Дж до холодильника. Знайдіть роботу та ККД.
η = A/Q₁ = 300/800 = 0.375 = 37.5%
Якщо температура нагрівника T₁ = 500 К, то T₂ = T₁·(1 − η_Карно) = 500·(1−0.375) = 312.5 К ≈ 39.5°C при ідеальному циклі Карно.
🔥 Термодинамічний калькулятор
Розраховуйте параметри теплових процесів, ККД двигунів та цикл Карно онлайн.
Відкрити калькуляторПро цю статтю
Ця стаття є частиною бази знань calculator.party — освітнього ресурсу, що поєднує теорію з практичними інструментами. Матеріал орієнтований на студентів, учнів і фахівців, що прагнуть глибокого розуміння теми. Тут зібрані ключові концепції, формули та реальні приклади застосування.
Термодинаміка описує тепло, роботу та енергію. Її закони визначають межі ефективності двигунів та холодильників і пояснюють стрілу часу через зростання ентропії.
Навіщо читати цю статтю
Після прочитання ви зможете впевнено пояснити тему, вирішувати практичні задачі та застосовувати знання у навчанні й роботі. Стаття охоплює теоретичне підґрунтя і числові приклади, що полегшують запам'ятовування матеріалу.