واژه ترمودینامیک از دو واژه یونانی ترمو به معنی گرما و دینامیک به معنی پویایی و قدرت
تشکیل شده است . کلمه دینامیک در واژه این علم به معنی این است که ترمودینامیک
علم بررسی انرژی در حرکت و پویایی اجسام و سیستمها است ، به همین دلیل واژه
معادل فارسی ترمودینامیک ، گرماپویایی است .
در این علم تمام جنبه های انرژی و تبدیلات آن از قبیل تولید قدرت ، تبرید و سرمایش
توصیف می شوند .
ترمودینامیک علم بررسی رفتار مواد در برابر کار و انرژی (معمولاً به شکل گرما) است.
در ترمودینامیک درمورد روشهای تبدیل انرژی و تغییرات خواص ماده در اثر تبدیل انرژی،
تغییر فاز و یا تماس با ماده دیگر بحث می شود. این تعریف بسیارکلی است و در واقع
هنگامی میتوان این تعریف را واقعاً درک کرد که با جوانب کاربردی آن آشنا شده باشیم.
تعریف دقیق ترمودینامیک در همه کتابهای ترمودینامیک و جزوات درسی دانشجویان موجود
است که آن را علم کار و حرارت یا دانش انرژی و انتروپی خوانده اند .
می دانیم که ماده از تعداد زیادی ذرات به نام مولکول تشکیل شده است که خواص یک
ماده بطور طبیعی به رفتار این ذرات وابسته است . مثلا برای تعریف فشار یک گاز از بر
خورد مولکوها و انتقال اندازه حرکت آنها کمک می گیریم ؛ حال با دانستن این موضوع
به این نکته اشاره می کنیم که برای تعیین فشار داخل یک محفظه لازم نیست که از
رفتار ذرات گاز اطلاع دقیق داشته باشیم و با اتصال یک فشار سنج به آن محفظه نیز
می توان فشارآن را یافت .
در ترمودینامیک ،این روش که یک دید کلی و باز یا به عبارتی یک دید ماکروسکوپی به
رفتار اجسام است و نیاز به اطلاع از رفتار ذرات ندارد ، ترمودینامیک کلاسیک نام دارد.
در مقابل اگر با یک دید دقیق و میکروسکوپی به رفتار اجسام بنگریم و مبنای عمل ،
میانگین رفتار گروههای بزرگ ذرات باشد در علم ترمودینامیک آماری بسر می بریم.
ترمودینامیک نیز مانند تمام علوم ، یک علم آزمایشگاهی و تجربی است که بنیان آن
بر اساس چند اصل ساده و بسیلر مهم شکل گرفته است که به قوانین ترمودینامیک
موسوم هستند که این قوانین نیز برگرفته از مشاهدات تجربی است .
بسیاری ازتجهیزات مهندسی شامل دستگاههای تاسیساتی ، تجهیزات نیروگاهی،
توربین های گاز ، موتورهای احتراق داخلی ، یخچال ها وبسیاری از دیگر اختراعات
بشر بر پایه علم ترمودینامیک شکل گرفته است .
مشهود ترین کاربردهای ترمودینامیک در سیکلهای توان ( قدرت ) و سیکلهای تبرید
(سرمایش) یافت می شوند.
از این میان می توان به سه مثال خوب از دستگاههای ترمودینامیکی اشاره کرد :
1. نیروگاه ساده بخار
2. موتورهای احتراق داخلی
3. یخچال ساده ومعمولی
>> قوانین ترمودینامیک <<
ترمودینامیک در قالب چهار قانون بنیادی ارائه می شود و در نامگذاری این چهار
قانون نوعی روند تکاملی لحاظ شده است.
قانون صفرم ترمودینامیک : هر دو جسم که با جسم سومی دارای تساوی درجه
حرارت باشند آن دو جسم نیزبا هم تساوی حرارت دارند .
قانون اول ترمودینامیک : برای هر سیستم در حال پیمودن یک سیکل ، انتگرال
سیکلی حرارت متناسب با انتگرال سیکلی کار می باشد.(قانون بقای انرژی)
قانون دوم ترمودینامیک : غیرممکن است وسیله ای بسازیم که در یک سیکل
عمل کند وتنها اثر آن انتقال حرارت از جسم سردتر به گرمتر باشد.
قانون سوم ترمودینامیک : این قانون بیان میکند که ممکن نیست از طریق یک
سلسله فرایند متناهی به صفر مطلق دست یافت. به عبارتی رسیدن به صفر
مطلق محال است.
قانون صفرم ترمودینامیک منطقاً بدیهی به نظر می رسد.اگر چه که تجربه پذیر است
و می توان صحت و اعتبار آن را آزمایش کرد.
این قانون اساس اندازه گیری درجه حرارت است و نمی توان آن را از سایر قوانین
نتیجه گرفت. قانون صفرم ترمودینامیک از این رو قبل از قوانین اول و دوم می آید که
برای بیان سایر قوانین ترمودینامیک به مقیاسی برای ادوات اندازه گیری درجه حرارت
نیاز است.
بدین ترتیب اعدادی را روی دماسنج قرار داده و گفته می شود جسم دارای درجه
حرارتی است که روی دماسنج قرائت می شود.
بنا براین منطقی است که این قانون قبل از سایر قوانین ترمودینامیک ارائه شود .
مطابق با این قانون اندازه گیری درجه حرارت یک پایه منطقی پیدا می کند و در ادامه
می توانیم سایر قوانین بنیادی ترمودینامیک را با اتکا به این پایه منطقی بیان کنیم.
قانون اول ترمودینامیک بیانگر این مطلب است که در یک سیکل ترمودینامیکی مقدار
حرارت منتقل شده از سیستم برابر با مقدار کار انجام شده بر سیستم می باشد.
در عین حال این قانون هیچ محدودیتی برای جهت جریان حرارت و کار ایجاد نمیکند.
این محدودیت در قالب قانون دوم بیان میشود.
قانون دوم ترمودینامیک بیان می دارد که یک فرایند فقط در یک جهت معین پیش میرود
و در جهت خلاف آن قابل وقوع نیست. " متناقض نبودن یک سیکل با قانون اول دلیلی
بر این نیست که آن سیکل حتماً اتفاق می افتد.این نوع مشاهدات تجربی منجر به
تنظیم قانون دوم ترمودینامیک می شود. پس فقط آن سیکلی قابل وقوع است که
با قوانین اول و دوم ترمودینامیک همخوانی داشته باشد." [2] پس واضح به نظر می
رسد که قانون دوم بیان یک توضیح تکمیلی از قانون اول است که قید مجاز نبودن
به هر جهت دلخواه برای کار و حرارت را بر آن می نهد.
از این رو در روند تکامل منطقی قوانین ترمودینامیک پس از قانون اول بیان می شود.
" در کاربرد قانون دوم دانستن مقدار مطلق آنتروپی ضروری می شود و همین مساله
منجر به تنظیم قانون سوم ترمودینامیک می گردد." بنابراین مشاهده شد که قوانین
ترمودینامیک در یک سیر تکامل منطقی در امتداد یکدیگر بیان می شوند. قانون اول
پایه ی منطقی اندازه گیری درجه حرارت را می دهد. قانون اول منجر به بیان قانون
دوم شده و قانون دوم نیز به بیان قانون سوم ترمودینامیک می انجامد.