Termodynamik
Termodynamik (Termo = varme , dynamik = bevægelse) er læren om, hvordan temperaturer, tryk og lignende har indflydelse på forskellige legemer, væsker, gasser, osv.
Grundlæggende love for termodynamikken
- Termodynamikkens 0. lov om termodynamisk ligevægt.
- Termodynamikkens 1. lov om energiens konstans.
- Termodynamikkens 2. lov om entropi.
- Termodynamikkens 3. lov om det absolutte nulpunkt.
Introduktion til termodynamikken
 | Denne side virker ikke som en encyklopædisk artikel. (Lær hvordan og hvornår man kan fjerne denne skabelonbesked) |
Som allerede nævnt beskriver termodynamikken varme i bevægelse eller mere overordnet energi i transit. Lad os starte med et par eksempler:
Vi har et glas med vand, hvor vandet er ved det, vi kalder stuetemperatur. I hånden har vi en isterning, som vi umiddelbart kun kan beskrive som værende kold.
- Det første, man kunne spørge sig selv om, er, hvad man egentlig finder frem til, når man finder temperaturen.
- Derudover ved vi, at både glassets indhold og isterningen består af vand. Hvad er egentlig forskellen på disse to?
- Hvis man nu kommer isterningen ned i glasset, vil der unægtelig ske en ændring i temperaturen. Hvordan denne temperaturændring udvikler sig, med hensyn til isterningen, vandet og glasset, er også et godt spørgsmål.
- Hvis man til sidst stiller glasset med vand på en kogeplade, ved vi, at vandet vil stige i temperatur og til sidst vil begynde at koge. Nu kender vi altså til tre forskellige tilstandsformer for vand, men hvad sker der med vandet, når det skifter tilstand? Og hvordan adskiller kogende vand sig fra de to andre former, ud over at det mærkes varmere?
Alle ovenfor stillede spørgsmål er blot et lille udsnit af det, som termodynamikken beskæftiger sig med.
Kredsprocesser og delprocesser
Inden for termodynamikken bruger man ofte kredsprocesser og derunder delprocesser til at beskrive forskellige processer og gøre det muligt at regne på disse. Et klassisk eksempel derpå er at beskrive gassen i en Stirlingmotor. Alt efter hvordan stemplerne bevæger sig, og dermed hvordan gassen forholder sig til dette med hensyn til volumen, temperatur eller tryk, kan man altså beskrive dette med forskellige delprocesser.
Delprocesser
Uddybende artikel: Termodynamisk procesTil beskrivelse af forskellige tilstande findes der forskellige typer af kurver:
- Isokor proces – konstant volumen.
- Isobar proces – konstant tryk.
- Isoterm proces – konstant temperatur.
- Adiabatisk proces – Varmetilførslen er lig nul.
- Isentalpisk proces – konstant entalpi.
- isentropisk proces (ingen termisk varme tilføres eller fjernes fra arbejdsfluidet – entropien er konstant – det kaldes også en reversibel adiabatisk proces)[1]
Kredsprocesser
Uddybende artikel: Termodynamisk kredsproces
En kredsproces, hvis vi holder os til eksemplet med motoren, er beskrivelsen af en hel omdrejning for stemplet i motoren. Jeg vil nok en gang henlede opmærksomheden på Stirlingmotoren, og specielt billedserien, som viser de fire faser. Disse fire faser, svarer som sagt til en kredsproces.
Karakteristisk for en kredsproces er blandt andet, at ændringen i den indre energi (u) er lig nul.
Dette er egentlig også helt intuitivt, når det kommer til stykket. Konsekvensen af, at ændringen i den indre energi ville være forskellig fra nul, ville være, at man fik mere energi ud af motoren, end man tilførte den. Hvis fortegnet skulle være negativt, ville man blot kunne vende processen og dermed stadig udnytte den overskydende energi.
En kredsproces optegnes i et koordinatsystem med volumen ud af x-aksen og tryk ud af y-aksen.
På billedet til højre ses en sammensætning af delprocesser, som ender i samme punkt, hvor den starter, altså en kredsproces. Kredsprocesserne, der bliver vist, er som følger:
- Rød: Isokor
- Blå: Isobar
- Grøn: Isoterm