Physics4all

תרמודינאמיקה, תורת מעבר החום, הוא הענף בפיזיקה הקלאסית העוסק בחקר של הפיכת אנרגיית החום לצורות אנרגיה אחרות. התרמודינאמיקה עוסקת בתכונות הנסתרות שיש בחומרים כמו החום והאנטרופיה, שאלו הן תמורות שאי אפשר להבחין בהם בעין או למדוד בעזרת תצפיות מיקרוסקופיות. תורה זו אינה עוסקת בתכונות הפרטניות של כל סוג חומר ומרכיביו הזעירים אלא בתכונות הקיבוציות של כל גוש חומר לחץ, נפח, צפיפות וטמפרטורה.

ההיסטוריה של התרמודינאמיקה:

התורה התפתחה במאה התשע עשרה בעיקר עקב ההתפתחות של מנועים ומכונות חום. נוצר הצורך לתאר תהליכים בהם מתרחש מעבר של חום מגוף לגוף. חוקי התרמודינאמיקה נוצרו בעקבות תצפיות ונוסחו כחוקים אמפיריים, כמסקנה שעלתה מן התצפיות מבלי שניתן להם הסבר יסודי. בבסיס התורה עומדים ארבעה חוקי יסוד המבוססים על שני עקרונות הטבע הבאים שימור האנרגיה והגדלת האנטרופיה.

ארבעת החוקים של התרמודינאמיקה:

חוק השקילות של שיווי המשקל התרמי: לכל מערכת תרמודינמית קיימת תכונה הנקראת טמפרטורה. שוויון של טמפרטורה הוא תנאי ממשי והכרחי לאיזון תרמי. החוק מגדיר אם כך את התכונה, הטמפרטורה, ומתאר את התנהגותה. פירושו כי אם יש שיווי משקל בין מערכת תרמית נתונה למערכת תרמית אחרת, כמו גם בין המערכת התרמית הנתונה למערכת תרמית אחרת, אזי קיים גם שיווי משקל בין המערכת הראשונה לשלישית.

חוק האנרגיה: בכל מערכת תרמודינמית יש אנרגיה אשר אינה נעלמת ואינה נוצרת יש מאין. השוני באנרגיה של מערכת מסוימת זהה להבדל בין החום שנוסף למערכת לבין הפעולה שנעשתה ע"י המערכת. על פי החוק, אנרגיה תמיד נשמרת, עם זאת היא יכולה לנוע בין דרגות פנימיות של חופש במערכת או לצאת ממנה אל הסביבה  הקרובה כחום.

חוק האנטרופיה: כל מערכת תמיד תשאף לרמת האנטרופיה( אי סדר) הגדולה ביותר. האנטרופיה של מערכת יחידה תרמית לא יכולה לקטון, והיא תישאר יציבה רק במידה וכל התהליכים המתקיימים בה הינם הפיכים. החוק הרביעי אומר כי בטמפרטורה של האפס המוחלט כל התהליכים נפסקים והאנטרופיה מתקרבת לערך מינימאלי. הערך המינימאלי של האנטרופיה אינו בהכרח אפס, אם כי הוא כמעט תמיד אפס עבור גביש טהור מושלם.