Elemente de termodinamică

Eşti înconjurat de corpuri care sunt mai calde sau mai reci decât tine - cu toate aceste corpuri interacţionezi într-un mod subtil: corpurile iniţial mai calde se răcesc, încălzindu-le pe cele iniţial mai reci.

Înţelegerea şi controlul încălzirii şi răcirii corpurilor sunt esenţiale pentru existenţa şi bunăstarea noastră.
Înţelegem ceva în măsura în care putem anticipa ce s-ar întâmpla într-o anumită situaţie.

Am putea oare să ne încălzim locuinţele folosindu-ne de aerul mai rece de afară?

O bună înţelegere a încălzirii şi răcirii corpurilor ne conduce către un răspuns surprinzător:
Locuinţele noastre ar putea fi încălzite folosindu-ne de aerul mai rece de afară!

Controlăm ceva în măsura în care putem aranja să se petreacă ceea ce dorim. Un bun control al încălzirii şi răcirii corpurilor ne permite să construim instalaţii care să ne încălzească locuinţele folosind aerul mai rece de afară.

Noţiuni termodinamice de bază

Moleculele sunt prea mici pentru a fi văzute, chiar cu un microscop optic performant. Totuşi, am aflat că acestea există, observând la microscop efectele pe care le au asupra unor corpuri având dimensiuni de ordinul micrometrilor.
Moleculele însele, nefiind vizibile la microscopul optic, au cu siguranţă dimensiuni mai mici decât un micrometru. Dar oare cât sunt de mici moleculele?

Dimensiunile moleculelor

Calităţile de spălare ale detergenţilor se datorează proprietăţilor speciale ale moleculelor acestora. Moleculele de detergent au un capăt polar, care se ataşează puternic la moleculele de apă . Celălalt capăt, nepolar, "evită" apa.

Turnând detergent diluat pe suprafaţa apei, moleculele de detergent se "acorează" cu partea polară în apă, aşezându-se una lângă alta, într-un strat monomolecular

Principiul I al termodinamicii

În fizică, principiile sunt cele mai generale afirmaţii referitoare la un anumit domeniu al cunoaşterii lumii.
Principiile termodinamicii reprezintă esenţa înţelegerii conservării şi transformării energiei.
Folosind principiile termodinamicii, poate fi proiectat un frigider sau un sistem de încălzire care să utilizeze aerul rece de afară!
Principiul zero al termodinamicii fundamentează introducerea unei mărimi utile: temperatura. Principiul I, la rândul său, fundamentează introducerea unei mărimi utile în înţelegerea conservării şi transformării energiei.

Producerea şi utilizarea curentului continuu

Toate corpurile sunt alcătuite din molecule, iar moleculele din atomi. Agitaţia moleculelor şi atomilor are un rol esenţial în procesele termodinamice.

Atomii înşişi sunt alcătuiţi dintr−un "miez" (nucleul) înconjurat de un "nor" de electroni (figura 1).

Figura 1. Reprezentare simplificată a unui atom.

Furnizând suficientă energie atomilor, putem separa electronii de atomii deveniţi astfel ioni (cu deficit de electroni).

Prin recombinarea electronilor cu ionii putem recupera energia utilizată la separare.

Înţelegând şi controlând separarea electronilor de atomi, putem stoca energia disponibilă şi o putem transmite acolo unde este mare nevoie de energie (figura 2).


Figura 2. O centrală electrică utilizează o formă disponibilă de energie pentru separarea electronilor de atomi, transmiţând−o apoi acolo unde este mare nevoie de energie.

Înţelegând şi controlând recombinarea electronilor cu ionii, putem recupera energia utilizată la separare, transformând−o într−o formă convenabilă.

Astfel, "inundăm" cu lumină casele şi oraşele noastre, încălzim acolo unde este prea rece, răcorim acolo unde este prea cald şi punem în mişcare ceea ce dorim să se mişte (figura 3).


Figura 3. Înţelegând şi controlând recombinarea electronilor cu ionii, recuperăm energia utilizată la separare şi o transformăm în forme convenabile de energie.