De fyra huvudsatserna gas fotoner magnetiska

T.3

De fyra huvudsatserna I TD är ett viktikt projekt att söka minsta antal makroskopiska variabler som kan beskriva ett systems tillstånd. När väl detta är gjort söker man funktionella samband mellan dessa variabler vilket dels begränsar det antal variabler som fastställer systemets tillstånd och dels ger möjlighet att teoretiskt beräkna systemets olika observabler (mätbara storheter). Exempel på system:

B J

gas

fotoner

magnetiska moment

elastisk tråd

Variablerna för systemen ovan kunde t ex vara: gas: m(massan), V (volym), p (trycket),T (temperaturen) fotoner: p (strålningstrycket), T (behållarens temperatur) magnetiska moment: N (antal elementära moment), B (yttre fält), M (magnetiskt moment),T (temperaturen) elastisk tråd: L (trådens längd), J (dragkraften), T (temperaturen). Samband mellan tillståndsvariablerna, kallas tillståndsekvationer, kan se ut t ex som följer: Exempel på tillståndsekvationer: Ideal gas ("tunn gas"): fotongas: Curie-magnet: Gummiband:

pV=CmT p=C·T4 M=C·N(B/T) J=K·(1+β(T-T0))(1/L0-1/L)

(C är konstant) (C är konstant) (C är konstant) (K & β konst)

För att ett systems tillståndsvariabler över huvud taget skall gå att definiera måste systemet vara i jämvikt. Detta innebär att det t ex i en gas inte får finnas makroskopiska tryck- eller temperaturgradienter.

T.3 Förutom jämvikt i enskilda system används även begreppet termisk jämvikt mellan skilda dito. Två system i termisk kontakt är i termisk jämvikt då inget nettoflöde av energi sker dem emellan. Klassisk termodynamik är en komplett teori. Som grund har man ett antal postulat, de s k huvudsatserna. Dessa satser, fyra till antalet, är som följer: Termodynamikens nollte huvudsats: Om system A och system B vart för sig är i termisk jämvikt med så är A och B i termisk jämvikt med varandra.

system

C

Termodynamikens första huvudsats: Om ett system tillförs värmemängden Q och samtidigt utsätts för arbetet W av omgivningen så gäller: ∆U = Q + W där ∆U är ändringen i systemets totala energi (inre energi). Termodynamikens andra huvudsats: Variant 1:

Det är omöjligt att överföra värme från ett "kallare" till ett "varmare" system utan att samtidigt utföra arbete. (Clausius 1850)

Variant 2:

Om ett system utför arbetet W vid tillförsel av värmemängden Q så gäller alltid att W/Q