Термодинамические значения обсуждаются применительно к системе и ее окружению. Все, что не является частью системы, составляет ее окружение. Система и окружение разделены границей. Например, если система представляет собой один моль газа в контейнере, то граница - это просто внутренняя стенка самого контейнера. Все, что находится за пределами границы, считается окружающей средой, включая сам контейнер.
Граница должна быть четко определена, чтобы можно было четко сказать, находится ли данная часть мира в системе или в ее окружении. Если материя не может перейти границу, то система называется закрытой; в противном случае он открыт. Замкнутая система все еще может обмениваться энергией с окружающей средой, если система не является изолированной, и в этом случае ни материя, ни энергия не могут проходить через границу.
Первый закон термодинамики, также известный как закон сохранения энергии, гласит, что энергия не может быть ни создана, ни уничтожена; энергия может только передаваться или изменяться из одной формы в другую. Например, включение света производит энергию; однако преобразуется именно электрическая энергия.
Один из способов выразить первый закон термодинамики состоит в том, что любое изменение внутренней энергии (∆E) системы определяется суммой тепла (q), протекающего через ее границы, и работы (w), совершаемой над системой. по окрестностям.
∆E = q + w
где q - тепло, которое течет через его границы, а w - работа, совершаемая системой со стороны окружающей среды.
Этот закон гласит, что есть два вида процессов: нагревание и работа, которые могут привести к изменению внутренней энергии системы. Поскольку и тепло, и работа могут быть измерены и количественно определены, это то же самое, что сказать, что любое изменение энергии системы должно приводить к соответствующему изменению энергии окружающей среды вне системы. Другими словами, энергия не может быть создана или уничтожена. Если тепло поступает в систему или окружающая среда работает над ней, внутренняя энергия увеличивается, а знаки q и w положительны. И наоборот, тепловой поток из системы или работа, выполняемая системой (в окружающей среде), будет происходить за счет внутренней энергии, и поэтому q и w будут отрицательными.
Второй закон термодинамики гласит, что энтропия изолированной системы всегда увеличивается. Изолированные системы спонтанно развиваются в направлении теплового равновесия - состояния максимальной энтропии системы. Проще говоря, энтропия Вселенной (конечной изолированной системы) только увеличивается и никогда не уменьшается.
Простой способ представить себе второй закон термодинамики состоит в том, что комната, если ее не убирать и не прибирать, со временем неизменно становится все более беспорядочной и беспорядочной - независимо от того, насколько осторожно нужно содержать ее в чистоте. Когда комната убирается, ее энтропия уменьшается, но усилия по ее очистке привели к увеличению энтропии за пределами комнаты, которое превышает потерянную энтропию.
Третий закон термодинамики гласит, что энтропия системы приближается к постоянному значению, когда температура приближается к абсолютному нулю. Энтропия системы при абсолютном нуле обычно равна нулю и во всех случаях определяется только количеством различных основных состояний, которые она имеет. В частности, энтропия чистого кристаллического вещества (совершенный порядок) при абсолютной нулевой температуре равна нулю. Это утверждение верно, если в идеальном кристалле есть только одно состояние с минимальной энергией.
