Embedded Files
Η ονομασία της λέξης «Θερμοδυναμική» προέρχεται από τις ελληνικές λέξεις θερμότητα και δύναμη. Η επιστήμη της θερμοδυναμικής αναπτύχθηκε στην αρχή του 20ου αιώνα, πριν ακόμη γίνει αντιληπτή και εξηγηθεί η μοριακή και ατομική θεωρία της ύλης.
θερμοδυναμική ονομάζεται η μελέτη της θερμότητας και της μετατροπής της σε μηχανική ενέργεια -έργο- και αντίστροφα
Οι έννοιες οι οποίες κυριαρχούν στη θερμοδυναμική είναι το μηχανικό έργο, τα καταστατικά μεγέθη, πίεση, όγκος και θερμοκρασία και ο ρόλος τους στις μετατροπές ενέργειας.
Η θερμοδυναμική ασχολείται με τη μετατροπή των διαφόρων μορφών ενέργειας και διευκρινίζει τις συνθήκες, κάτω απ’ τις οποίες είναι δυνατή αυτή η μετατροπή. Κάτω απ’ το πρίσμα αυτό είναι εμφανές ότι η θερμοδυναμική είναι επιστήμη υποδομής για το Μηχανικό.
Η θερμοδυναμική που περιγράφεται εδώ ασχολείται μόνο με μακροσκοπικά φαινόμενα και χαρακτηρίζεται ως κλασική θερμοδυναμική, σε αντίθεση με τη στατιστική θερμοδυναμική.
Η θερμοδυναμική είναι ισχυρή θεωρητική επιστήμη, που παρακάμπτει τις μοριακές λεπτομέρειες ενός συστήματος. Βάση της είναι η διατήρηση της ενέργειας και το γεγονός ότι η θερμότητα ρέει από το θερμό προς το ψυχρό και όχι αντίστροφα. Πραγματεύεται τη βασική θεωρία για τις θερμικές μηχανές, από τους ατμοστρόβιλους μέχρι τους αντιδραστήρες σύντηξης, τη βασική θεωρία των ψυκτικών μηχανών και των αντλιών θερμότητας.
Η θερμοδυναμική γνωρίζει τις βασικές έννοιες και σχέσεις που συνδέουν την ύλη, την ενέργεια και τις ιδιότητές τους. Ενδεικτικά αναφέρεται πως η πιο βασική σχέση είναι η αρχή διατήρησης της ενέργειας. Τα πιο ενδιαφέροντα σημεία της μελέτης μιας εγκατάστασης είναι το «τι παίρνω» και «τι δίνω» σ’ αυτήν, που το εκφράζει ο ολικός βαθμός απόδοσής της. Όλα αυτά τα θέματα πραγματεύονται στη θερμοδυναμική.
Αιολικός Κινητήρας του Ήρωνα
Αιολικός Κινητήρας του Ήρωνα
Η ιδέα χρήσης της θερμότητας για τη μετάδοση κίνησης υπάρχει από την αρχαιότητα, εντούτοις οι θερμικές μηχανές εκείνης της περιόδου δεν είχαν πρακτική χρήση. Η πρώτη θερμική μηχανή είναι ο αιολικός κινητήρας του Ήρωνα. Ο Ήρωνας περιγράφει και ένα σύστημα που έκλεινε τις πόρτες ενός ναού με χρήση της θερμότητας από τη φωτιά που άναβε το βωμό του ναού.
Η στατική θερμοδυναμική δημιουργήθηκε στα τέλη του 19ου αιώνα απ’ την κινηματική θεωρία των αερίων και προωθήθηκε κυρίως με τις εργασίες των Boltzmann και Gibbs. Με τη στατιστική θερμοδυναμική εξάγονται με στατιστικές μεθόδους, που εφαρμόζονται στα άτομα της ύλης, συμπεράσματα για τη μακροσκοπική τους συμπεριφορά.
Στις σελίδες αυτές περιοριζόμαστε στην κλασική θερμοδυναμική, η οποία ιστορικά θεμελιώθηκε απ’ τον Γάλλο μηχανικό του στρατού N.L.S. Carnot.
Sadi Carnot
Sadi Carnot
Ο Carnot το 1824 μελέτησε για πρώτη φορά με γενικό τρόπο την παραγωγή έργου απ’ τη θερμότητα.
Αρχικά υπήρχε η αντίληψη ότι η θερμότητα ήταν ένα είδος ρευστού, και η θέρμανση ενός σώματος δεν ήταν παρά η μεταφορά αυτού του ρευστού από το ένα σώμα στο άλλο.
Εντούτοις, αυτή η αντίληψη δεν απέτρεψε τον Σαντί Καρνό (Sadi Carnot), τον «πατέρα της θερμοδυναμικής» να αντιληφθεί τους φυσικούς περιορισμούς της μετατροπής αυτού του «θερμικού ρευστού» σε έργο, και να διατυπώσει, μόλις το 1824, αυτό που σήμερα αποκαλούμε δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής.
Θα έπρεπε να περάσουν άλλα 18 χρόνια μέχρι να ανακαλύψει ο R. J. Mayer την ισοδυναμία έργου και θερμότητας, και να διατυπώσει την αρχή διατήρησης της ενέργειας. Ο όρος θερμοδυναμική χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά το 1849 από τον λόρδο Κέλβιν, ενώ το πρώτο σύγγραμμα πάνω στο αντικείμενο γράφτηκε το 1859 από τον καθηγητή Ουίλιαμ Ράνκιν (William Rankine).
Google Sites
Report abuse