ترمودینامیک

ترمودینامیک (به فرانسوی: Thermodynamique، ترمودینامیک) (به انگلیسی: Thermodynamics، ترموداینامیکس) یا دماپویایی شاخه ای از علوم طبیعی است که به بحث راجع به گرما و نسبت آن با انرژی و کار می پردازد. ترمودینامیک متغیرهای ماکروسکوپیک (همانند دما، انرژی داخلی، آنتروپی و فشار) را برای توصیف حالت مواد تعریف و چگونگی ارتباط آن ها و قوانین حاکم بر آن ها را بیان می نماید. ترمودینامیک رفتار میانگینی از تعداد زیادی از ذرات میکروسکوپیک را بیان می کند. قوانین حاکم بر ترمودینامیک را از طریق مکانیک آماری نیز می توان بدست آورد.
سیستم: کمیتی از ماده با ناحیه ای از/در فضا است که برای بررسی انتخاب می شود.
محیط (اطراف): جرم یا ناحیه خارج از سیستم را محیط می گویند.
مرز: سطح حقیقی یا مجازی که سیستم را از اطرافش جدا می کند مرز گویند. (مرز سیستم ضخامت صفر دارد - نه جرمی دارد و نه حجمی)
سیستم بسته (جرم کنترل):از جرم ثابتی تشکیل شده است و هیچ جرمی نمی تواند از مرز آن عبور کند. اما انرژی به شکل گرما یا کار می تواند از مرز سیستم عبور کند.
سیستم منزوی: سیستمی بسته ای است که انرژی هم از مرزها عبور نمی کند.
سیستم باز (حجم کنترل):جرم و انرژی از مرز حجم کنترل عبور می کند و اغلب شامل دستگاهی است که با جریان جرم سرو کار دارد. به مرز حجم کنترل سطح کنترل گفته می شود.
ترمودینامیک موضوع بخش گسترده ای از علم و مهندسی است - همانند: موتور، گذار فاز، واکنش های شیمیایی، پدیده های انتقال و حتی سیاه چاله ها-. محاسبات ترمودینامیکی برای زمینه های فیزیک، شیمی، مهندسی نفت، مهندسی شیمی، مهندسی هوافضا، مهندسی مکانیک، زیست شناسی یاخته، مهندسی پزشکی، دانش مواد و حتی اقتصاد لازم است.
عمده بحث های تجربی ترمودینامیک در چهار قانون بنیادی آن بیان گردیده اند: قانون صفرم، اول، دوم و سوم ترمودینامیک.قانون اول وجود خاصیتی از سیستم ترمودینامیکی به نام انرژی داخلی را بیان می کند. این انرژی از انرژی جنبشی که ناشی از حرکت کلی سیستم و نیز از انرژی پتانسیل که سیستم نسبت به محیط پیرامونش دارد، متمایز است. قانون اول همچنین دو شیوهٔ انتقال انرژی یک سیستم بسته را بیان می کند: انجام کار یا انتقال حرارت. قانون دوم به دو خاصیت سیستم، دما و آنتروپی، مربوط است. آنتروپی محدودیت ها - ناشی از برگشت ناپذیری سیستم - بر میزان کار ترمودینامیکی قابل تحویل به یک سیستم بیرونی طی یک فرایند ترمودینامیکی را بیان می کند. دما، خاصیتی که با قانون صفرم ترمودینامیک تا حدودی تبیین می گردد، نشان دهندهٔ جهت انتقال انرژی حرارتی (گرما) بین دو سیستم در نزدیکی یکدیگر است. این خاصیت همچنین به صورت کیفی با واژه های داغ یا سرد بیان می گردد.
از دیدگاه تاریخی ترمودینامیک با آرزوی افزایش بازده موتورهای بخار گسترش یافت. به ویژه به سبب تلاش های فیزیکدان فرانسوی، نیکولا لئونارد سدی کارنو که اعتقاد داشت افزایش بازده موتورهای بخار می تواند رمز پیروزی فرانسه در نبردها ناپلئون باشد. فیزیکدان انگلیسی، لرد کلوین، نخستین کسی بود که در سال ۱۸۵۴ تعریفی کوتاه برای ترمودینامیک ارائه داد:

تِرْمودینامیک (thermodynamics)
شاخه ای از فیزیک، برای بررسی تبدیل گرما به انواع دیگر انرژی و تبدیل انواع انرژی به گرما. این شاخه مبنای مطالعات مرتبط با عملکرد کارآمد ماشین هایی مثل ماشین بخار و ماشین احتراق داخلیاست. قانون های سه گانۀ ترمودینامیک عبارت اند از ۱. انرژی را نه می توان پدیدآورد و نه می توان نابود کرد؛ انرژی مکانیکی و گرما متقابلاً به یکدیگر قابل تبدیل اند؛ ۲. برای ماشینی که خودکنش است و دخالتی از بیرون در آن به عمل نمی آید، انتقال گرما از جسمی به جسمی دیگر که دمای بیشتری دارد امکان پذیر نیست؛ و ۳. کاهش دمای سیستم به دمای صفر مطلق(صفر کلوین مطابق با ۲۷۳.۱۵- درجۀ سلسیوس) با تعداد شمارش پذیری از عملیات به هیچ شیوه ای، هر چقدر هم آرمانی باشد، امکان پذیر نیست. این قانون ها به شکل ریاضی بیان می شوند و کاربردهای گسترده ای در فیزیک و شیمی دارند.