Kas ir termodinamika?

Termodinamiku var iedalīt četros likumos. Lai gan tas tiek pievienots termodinamikas likumiem pēc pārējiem trim likumiem, nulles likums parasti tiek apspriests vispirms. Tajā teikts, ka, ja divas sistēmas atrodas termiskā līdzsvarā ar trešo sistēmu, tad tās ir viena ar otru termiskā līdzsvarā. Citiem vārdiem sakot, ja divām sistēmām ir tāda pati temperatūra kā trešajai sistēmai, tad visas trīs ir vienādas temperatūras.

Pirmais termodinamikas likums nosaka, ka sistēmas kopējā enerģija paliek nemainīga, pat ja tā tiek pārveidota no vienas formas citā. Piemēram, kinētiskā enerģija — enerģija, kas piemīt objektam kustoties — tiek pārvērsta siltumenerģijā, kad vadītājs nospiež automašīnas bremzes, lai to palēninātu. Bieži vien ir frāzes, kas palīdz cilvēkiem atcerēties pirmo termodinamikas likumu: “Darbs ir siltums, un siltums ir darbs.” Būtībā darbs un siltums ir līdzvērtīgi.

Otrais termodinamikas likums ir viens no pamata likumiem zinātnē. Tajā teikts, ka siltums nevar plūst uz sistēmu ar augstāku temperatūru no sistēmas ar zemāku temperatūru pēc paša vēlēšanās. Lai šāda darbība notiktu, ir jāstrādā. Ja ledus kubiņu ieliek tasē ar siltu ūdeni, ledus kubs izkūst, tajā ieplūstot siltumam no ūdens. Gala rezultāts ir tase ūdens, kas ir nedaudz vēsāks. Ledus kubi var veidoties tikai tad, ja tiek izmantota enerģija.

Vēl viens otrā likuma piemērs, kas darbojas tikai ar enerģijas pievienošanu, ir redzams ar vecāku ledusskapi. Tādā gadījumā ledusskapja iekšpuses dzesēšana sasilda tā ārpusi. Tātad, darbs ir padarīts un darbs rada siltumu. Darbu pabeidz ledusskapja sūknis.

Otrais termodinamikas likums arī saka, ka lietas var nolietoties. Piemēram, ja ķieģeļu māja netiek kopta, tā galu galā sabruks no vēja, lietus, aukstuma un citiem laikapstākļiem. Tomēr, ja ķieģeļu kaudzi atstāj bez uzraudzības, tā nekad neveidos māju, ja vien maisījumam netiks pievienots darbs.

Trešais termodinamikas likums nosaka, ka sistēmas entropijas izmaiņas, kad tā pārvēršas no vienas formas citā, tuvojas nullei, kad tās temperatūra tuvojas nullei pēc Kelvina skalas. Nulle pēc Kelvina skalas ir absolūtā zemākā temperatūras robeža – kad atomiem un molekulām ir vismazākā iespējamā enerģija. Entropija ir definēta kā sistēmas enerģijas pieejamība darba veikšanai. Tātad, no tā izriet, ka pastāv absolūta entropijas skala. Līdz ar to neviena reāla sistēma nekad nevar sasniegt nulles grādus pēc Kelvina skalas.