Θερμοδυναμική

Η Θερμοδυναμική είναι η μελέτη της μετατροπής της ενέργειας από μηχανική ενέργεια -έργο- σε θερμότητα και αντίστροφα, μέσα από τη μελέτη των θερμικών διεργασιών.[1] Με τον όρο διεργασία εννοούμε την μετάβαση από τη μια κατάσταση ενός συστήματος σε μια άλλη. Η Θερμοδυναμική ασχολείται μόνο με την μακροσκοπική απόκριση των συστημάτων που την αποτελούν, την οποία και μπορούμε να υπολογίσουμε πειραματικά.[2] Η Θερμοδυναμική σήμερα αποτελεί έναν πολύ βασικό κλάδο της Φυσικής, με πολλές εφαρμογές σε άλλες επιστήμες, και διδάσκεται ως προπτυχιακό μάθημα σε επιστήμονες και μηχανικούς σε όλο τον κόσμο.[3]

Η λέξη «Θερμοδυναμική» έχει το εξής νόημα:

Θερμοδυναμική = «θερμο» + «δυναμική», δηλαδή ο τομέας της Φυσικής που ασχολείται με την δυναμική (μεταφορά και μετατροπή σε άλλη μορφή ενέργειας) της θερμότητας

Θερμότητα: μορφή της ενέργειας που μεταφέρεται από ένα σώμα σε ένα άλλο λόγω διαφοράς θερμοκρασίας μεταξύ τους (μάλιστα η κατεύθυνση της αυθόρμητης μεταφοράς της θερμότητας είναι από το θερμότερο προς το ψυχρότερο αντικείμενο)

Εισαγωγή

Η επιστήμη της Θερμοδυναμικής έχει τη βάση της σε τρεις θεμελιώδεις νόμους. Μέσα από τους νόμους εισάγονται δύο κεντρικές της έννοιες, η ενέργεια και η εντροπία. Κεντρικές στη μελέτη της Θερμοδυναμικής είναι οι έννοιες του συστήματος και του περιβάλλοντος. Αν και η συστηματική μελέτη της Θερμοδυναμικής ξεκίνησε από την κατασκευή των πρώτων κινητήρων στα τέλη του 17ου αιώνα, σήμερα έχει αποκτήσει ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών σε άλλες επιστήμες πλην της μηχανικής και των εφαρμογών της όπως η χημεία, η βιολογία και η επιστήμη υλικών [4]

Ιστορία και εξέλιξη

Η ιδέα για τη χρήση της θερμότητας για τη μετάδοση κίνησης υπάρχει από την αρχαιότητα, εντούτοις οι θερμικές μηχανές εκείνης της περιόδου δεν είχαν πρακτική χρήση. Η πρώτη θερμική μηχανή είναι ο αιολικός κινητήρας του Ήρωνα. Ο Ήρωνας περιγράφει και ένα σύστημα που έκλεινε τις πόρτες ενός ναού με χρήση της θερμότητας από τη φωτιά που άναβε το βωμό του ναού.[5] Το μοντέρνο ενδιαφέρον για τη Θερμοδυναμική σαν επιστήμη ξεκινά με την κατασκευή του πρώτου κινητήρα ατμού από τον Τόμας Σέιβερι (Thomas Savery) το 1697 και τον Τόμας Νιουκόμεν (Thomas Newcomen) στην Αγγλία το 1712. Έκτοτε, η ιστορία της Θερμοδυναμικής είναι άρρηκτα συνδεδεμένη με την εικόνα που είχε ο άνθρωπος για τη θερμότητα. Αρχικά υπήρχε η αντίληψη ότι η θερμότητα ήταν ένα είδος ρευστού, και η θέρμανση ενός σώματος δεν ήταν παρά η μεταφορά αυτού του ρευστού από το ένα σώμα στο άλλο. Εντούτοις, αυτή η αντίληψη δεν απέτρεψε τον Σαντί Καρνό (Sadi Carnot), τον "πατέρα της Θερμοδυναμικής" να αντιληφθεί τους φυσικούς περιορισμούς της μετατροπής αυτού του "θερμικού ρευστού" σε έργο, και να διατυπώσει, μόλις το 1824, αυτό που σήμερα αποκαλούμε δεύτερο νόμο της Θερμοδυναμικής. Θα έπρεπε να περάσουν άλλα 18 χρόνια μέχρι να ανακαλύψει ο R. J. Mayer την ισοδυναμία έργου και θερμότητας, και να διατυπώσει την αρχή διατήρησης της ενέργειας.[6] Ο όρος Θερμοδυναμική χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά το 1849 από τον λόρδο Κέλβιν, ενώ το πρώτο σύγγραμμα πάνω στο αντικείμενο γράφτηκε το 1859 από τον καθηγητή Ουίλιαμ Ράνκιν (William Rankine).

Νόμοι της Θερμοδυναμικής

Ο πρώτος νόμος της Θερμοδυναμικής είναι μια διατύπωση της αρχής διατήρησης της ενέργειας, και ορίζει την ενέργεια σαν μια ακόμα θερμοδυναμική ιδιότητα. Δηλώνει ότι η ενέργεια δεν μπορεί να δημιουργηθεί, ούτε να καταστραφεί, μπορεί μόνο να μετατραπεί από τη μια μορφή στην άλλη.

Για το δεύτερο νόμο της Θερμοδυναμικής υπάρχουν διάφορες διατυπώσεις. Μια από τις πρώτες προήλθε από τον Ρούντολφ Κλαούζιους, ο οποίος είπε ότι είναι αδύνατο να κατασκευαστεί μια συσκευή η οποία να λειτουργεί σε κύκλο και να έχει ως μοναδικό αποτέλεσμα την αφαίρεση θερμότητας από ένα σώμα σε μια θερμοκρασία και την απορρόφηση ίσης ποσότητας θερμότητας από ένα σώμα υψηλότερης θερμοκρασίας,[7] δηλαδή υπαγορεύει το αδύνατο κατασκευής ενός αεικίνητου.

Ο τρίτος νόμος της Θερμοδυναμικής ορίζει ότι η εντροπία ενός συστήματος σε απόλυτη θερμοκρασία (Τ = 0 Κ) είναι μηδέν (δηλαδή S = 0). Η φυσική ερμηνεία αυτού του νόμου, υποδεικνύει ότι είναι αδύνατον η θερμοκρασία ενός συστήματος να φτάσει μέσω μιας διεργασίας στο απόλυτο μηδέν της κλίμακας Κέλβιν σε πεπερασμένο αριθμό βημάτων.

Δείτε επίσης

Παραπομπές

  1. http://science.howstuffworks.com/heat-info2.htm http://science.howstuffworks.com/heat-info2.htm
  2. http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/thermo0.html
  3. Cengel, Yunus A.; Boles, Michael A. (2005). Θερμοδυναμική για μηχανικούς ISBN Α Τόμος: 960-7219-65-1
  4. Smith, J.M.; Van Ness, H.C., Abbott, M.M. (2005). Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics. McGraw Hill.ISBN 978-0-07-310445-4
  5. Ανδρέα Δημαρόγκωνα. (1979). Μαθήματα Ιστορίας της τεχνολογίας ISBN 960-319-210-4
  6. Thermodynamics Enrico Fermi ISBN 048660361X
  7. DOE FUNDAMENTALS HANDBOOK THERMODYNAMICS, HEAT TRANSFER,AND FLUID FLOW DOE-HDBK-1012/1-92

Εξωτερικοί σύνδεσμοι

Προτεινόμενη βιβλιογραφία

  • P. Atkins & J. de Paula, Φυσικοχημεία (μετάφραση 9ης ξενόγλωσσης έκδοσης), Πανεπιστημιακές εκδόσεις Κρήτης, 2015, ISBN 978-960-524-431-6
Έκρηξη

Έκρηξη είναι η απότομη μεταβολή (κατά κύριο λόγο αύξηση) του όγκου που καταλαμβάνει η ύλη στον χώρο που συνεπάγεται απότομη απελευθέρωση ενέργειας και συνοδεύεται ενίοτε από παραγωγή θερμότητας και αερίων. Η απότομη μεταβολή του όγκου που καταλαμβάνει η ύλη προκαλεί απότομα διαφορά πίεσης στον περιβάλλοντα χώρο και αυτή η διαφορά μεταφέρεται στην περιρρέουσα ύλη με τη μορφή ωστικού κύματος, γι' αυτό και μια έκρηξη μπορεί να είναι καταστροφική.

Μια έκρηξη προκαλείται από μια ταχεία χημική αντίδραση, από υπερθέρμανση αερίου σε κλειστό δοχείο το οποίο σπάει, από ανεξέλεγκτες πυρηνικές αντιδράσεις, από αστρονομικά φαινόμενα (όπως ένα σουπερνόβα), από πέρασμα ανεμοστρόβιλου πάνω από σπίτι με κλειστές πόρτες και παράθυρα κλπ. Σε όλες αυτές τις περιπτώσεις ο όγκος, που καταλαμβάνει η ύλη που εκρήκνυται, αυξάνει απότομα.

Ενθαλπία

Η ενθαλπία είναι θερμοδυναμικό μέγεθος που αντιπροσωπεύει το ολικό ποσό θερμότητας που περιέχει ένα θερμοδυναμικό σύστημα. Ειδικότερα αποτελεί το άθροισμα της εσωτερικής ενέργειας ενός σώματος και του γινομένου της εσωτερικής πίεσης επί του όγκου που καταλαμβάνει μια ουσία. Το γινόμενο εκφράζει την ενέργεια που απαιτείται για να εκτοπίσει το σώμα το περιβάλλον του και να καταλάβει τη θέση στην οποία βρίσκεται.

Παλαιότερα αντί του όρου "ενθαλπία" χρησιμοποιούταν ο όρος "περιεχόμενη θερμότητα" (περιεχομένη θερμότης - Wärmeinhalt)Με τον ελληνικό όρο, διεθνή σήμερα, ενθαλπία, που προέρχεται από το αρχαίο ελληνικό ρήμα ενθάλπω = ζεσταίνω, κρύβω μέσα μου, περιθάλπω, χαρακτηρίζεται στη Χημεία η ενέργεια που προσφέρεται κατά τη θέρμανση ουσιών και που εγκλωβίζεται στα μόριά τους ιδίως σ΄ εκείνα των υδρατμών τους. Συνέπεια αυτού είναι ότι τα μόρια αυτά έχουν μεγαλύτερο ενεργειακό περιεχόμενο από τα αρχικά μόρια. Έτσι στη γλώσσα της χημείας η ενθαλπία αποτελεί το θερμικό περιεχόμενο κάθε χημικού συστήματος η οποία και συμβολίζεται συνήθως με το γράμμα Η.

Η ενέργεια αυτή οφείλεται στις δυνάμεις των χημικών δεσμών που συγκρατούν τα άτομα μέσα στο μόριο, αλλά και στη κίνηση των ατόμων, των ηλεκτρονίων καθώς και του ίδιου του μορίου. Έτσι η χημική αυτή ενέργεια παραμένει εγκλωβισμένη μέσα στο μόριο που μπορεί ν΄ αποδοθεί άλλοτε εύκολα π.χ. με σπινθήρα στη βενζίνη, και άλλοτε δύσκολα.

Η ενθαλπία είναι προσδιοριστική έννοια στις χημικές αντιδράσεις.

Εντροπία

Στη θερμοδυναμική, εντροπία είναι η έννοια μέσω της οποίας μετράται η αταξία, της οποίας η μέγιστη τιμή αντικατοπτρίζει την πλήρη αποδιοργάνωση (ομογενοποίηση των πάντων) και ισοδυναμεί με την παύση της ζωής. Σε μια τέτοια κατάσταση δεν υπάρχει καμία διαδικασία και δε βρίσκεται «σε λήθαργο» (κρυμμένη) κανενός είδους πληροφορία που να επιτρέπει τη ζωή, αν με κάποιο τρόπο γίνει εκ νέου παροχή μόνο ενέργειας. Αφαιρώντας την έννοια της πληροφορίας που δεν είναι αντικειμενικά μετρήσιμη (η εντροπία που εξαρτάται από αυτήν είναι επίσης μη αντικειμενικά μετρήσιμη και μάλιστα αφήνεται χωρίς μονάδες), προκύπτει μια μορφή εντροπίας που αφορά μόνο θερμικές μεταβολές, υπολογίζεται και είναι σαφώς ορισμένη: η θερμοδυναμική εντροπία. Η θερμοδυναμική εντροπία είναι εκτατική μεταβλητή ενός θερμοδυναμικού συστήματος.

Εξάτμιση

Η εξάτμιση είναι η διαδικασία με την οποία ένα υγρό σώμα μετατρέπεται σε αέριο χωρίς να βράσει.

Κατά την εξάτμιση, μόρια που βρίσκονται στην ελεύθερη επιφάνεια του υγρού και που έχουν αρκετή κινητική ενέργεια, ξεφεύγουν από την έλξη των υπολοίπων μορίων και έτσι κινούνται πλέον ελεύθερα στο χώρο πάνω από την επιφάνεια του υγρού. Έτσι τα μόρια περνούν στην αέρια φάση.

Η εξάτμιση είναι μια διαδικασία ψύξης, των υπολοίπων μορίων που δεν εξατμίζονται. Καθώς φεύγουν από το υγρό μόρια με μεγάλη κινητική ενέργεια, η μέση κινητική ενέργεια των υπολοίπων μορίων του υγρού ελαττώνεται, οπότε ελαττώνεται και η θερμοκρασία του. (Αυτό εύκολα το καταλαβαίνουμε αν ρίξουμε λίγο οινόπνευμα στα χέρια μας οπότε αυτά δροσίζονται ή πιο απλά από το ότι κρυώνουμε όταν είμαστε βρεγμένοι στο μπάνιο).

Θερμική αγωγιμότητα

Ως θερμική αγωγιμότητα (συμβολίζεται συνήθως με k) ορίζεται η χαρακτηριστική ιδιότητα της ύλης που προσδιορίζει την ευκολία ή δυσκολία διάδοσης της θερμότητας στο εσωτερικό ενός υλικού. Η Θερμική αγωγιμότητα μετριέται με τον "συντελεστή αγωγιμότητας" ο οποίος διαφέρει από σώμα σε σώμα.
Ανάλογα με την ευκολία της διάδοσης της θερμότητας τα σώματα (υλικά) διακρίνονται σε ευθερμαγωγά, ή καλοί αγωγοί θερμότητας, (όπως π.χ. τα μέταλλα) και σε δυσθερμαγωγά, ή κακοί αγωγοί θερμότητας, ή κατ΄ επέκταση θερμομονωτικά, (όπως π.χ. το ξύλο, ο αμίαντος, τα υγρά και τα αέρια).

Σύμφωνα με το νόμο αγωγής θερμότητας ο ρυθμός μετάδοσης θερμότητας ή αλλιώς ροή θερμότητας υπολογίζεται από τον τύπο

όπου η θερμική αγωγιμότητα, το εμβαδό της διατομής δια μέσω της οποίας έχουμε αγωγή, και η μεταβολή της θερμοκρασίας σε απόσταση κατά τη φορά αγωγής.

Θερμική ενέργεια

Η θερμική ενέργεια χαρακτηρίζει το σύνολο της κινητικής ενέργειας των σωματιδίων που συγκροτούν τα υλικά σώματα, καθώς αυτά κινούνται στο εσωτερικό τους με συνέπεια ν΄ αναπτύσσουν θερμοκρασία. Πρόκειται για εσωτερική ενέργεια ενός συστήματος που βρίσκεται σε κατάσταση θερμοδυναμικής ισορροπίας. Ή απλούστερα: Θερμική ενέργεια ονομάζουμε την κινητική ενέργεια των μορίων λόγω των συνεχών και τυχαίων κινήσεών τους.

Η θερμική ενέργεια είναι η μορφή ενέργειας που παράγεται από την τυχαία κίνηση των ατόμων και μορίων των ουσιών. Όσο πιο έντονη είναι η κίνηση αυτών, τόσο πιο θερμό γίνεται το σώμα. Η κίνηση αυτή για να μεταβληθεί απαιτεί την είσοδο εξωτερικής ενέργειας, η οποία μπορεί να έχει διάφορες μορφές, όπως μεγάλου μήκους κύματος ηλιακή ενέργεια. Εν προκειμένω με τον όρο θερμότητα εννοούμε ειδικά την ενέργεια που μεταφέρεται από ένα σώμα υψηλής θερμοκρασίας σε άλλο με χαμηλότερη θερμοκρασία, και ποτέ αντίστροφα, με αποτέλεσμα να αυξάνεται η κινητική ενέργεια των σωματιδίων του δεύτερου.

Συνεπώς θερμική ενέργεια διαθέτουν όλα τα σώματα είτε αυτά είναι ζεστά είτε είναι κρύα. Απλά το θερμό σώμα έχει περισσότερη θερμική ενέργεια η οποία και διαδίδεται με διάφορους τρόπους όπως είναι η θερμική ακτινοβολία.

Θερμοκρασία

Θερμοκρασία είναι το φυσικό μέγεθος που μετρά τη μέση κινητική ενέργεια από μεταφορά ,ταλάντωση ή περιστροφή των δομικών λίθων (ατόμων,μορίων,ιόντων) της ύλης . Η μεταφορά της ενέργειας αυτής (θερμότητας), όταν πιάνουμε κάτι με το χέρι για παράδειγμα, μας δίνει την αίσθηση του ζεστού και του κρύου με την κατάσταση αύξησης ενέργειας να αντιστοιχεί στο «ζεστό» ή «θερμό», όταν συνολικά παίρνουμε ενέργεια, και της κατάστασης μείωσης ενέργειας, κατά την οποία αντιλαμβανόμαστε να χάνουμε συνολικά ενέργεια, να αντιστοιχεί στο «κρύο».

Θερμοκρασία βρασμού

Θερμοκρασία βρασμού (ή θερμοκρασία ζέσης) ονομάζεται η θερμοκρασία εκείνη στην οποία η τάση ατμών των κορεσμένων ατμών κάποιου υγρού εξισώνεται με την πίεση στην επιφάνεια του υγρού. Με πιο απλά λόγια, είναι η θερμοκρασία κατά την οποία ένα υγρό μεταβαίνει από την υγρή στη αέρια κατάσταση με την διαδικασία του βρασμού.

Η θερμοκρασία βρασμού εξαρτάται από την πίεση που ασκείται στη επιφάνεια του υγρού. Η θερμοκρασία βρασμού του νερού είναι 100°C για πίεση ίση με μία ατμόσφαιρα (ατμοσφαιρική πίεση στην επιφάνεια της θάλασσας). Αν μειωθεί η πίεση, για παράδειγμα σε μεγαλύτερο υψόμετρο, τότε η θερμοκρασία βρασμού μειώνεται, ενώ αν αυξηθεί η πίεση τότε η θερμοκρασία βρασμού αυξάνεται (π.χ στις χύτρες ταχύτητας). Μια πρακτική εφαρμογή του φυσικού αυτού φαινομένου είναι η μέθοδος συμπύκνωσης του τοματοχυμού για την παραγωγή πελτέ που γίνεται με την θέρμανση του υπό κενό οπότε ο βρασμός και η ατμοποίηση/απαγωγή του ύδατος επέρχεται στους 70°C με σημαντική εξοικονόμηση ενέργειας.

Θερμοχωρητικότητα

Η θερμοχωρητικότητα (Heat capacity ή thermal capacity) είναι όρος της Φυσικοχημείας και ιδιαίτερα της Χημικής Θερμοδυναμικής, που σε απλή απόδοση, πρόκειται για την ενέργεια που χρειάζεται για να θερμανθεί ή να ψυχθεί ένα σώμα.

Ως θερμοχωρητικότητα ορίζεται η ποσότητα της θερμότητας που αποβάλλεται ή απορροφάται από κάποιο σώμα όταν η θερμοκρασία του μεταβληθεί κατά ένα βαθμό Κέλβιν. Έτσι η θερμοχωρητικότητα ενός σώματος βρίσκεται αν πολλαπλασιασθεί η μάζα του επί την ειδική του θερμότητα.

Ειδικά για την περίπτωση του νερού, επειδή η ειδική θερμότητα του ύδατος ορίζεται ίση με τη μονάδα, γι΄ αυτόν ακριβώς το λόγο η θερμοχωρητικότητα του ύδατος και η μάζα του εκφράζονται με τον ίδιο αριθμό (αλλά σε διαφορετικές μονάδες).

Σύμφωνα με τη μαθηματική έκφραση, ο λόγος της θερμότητας ΔQ που προσφέρεται σε ένα σώμα προς την αντίστοιχη ανύψωση της θερμοκρασίας του δΤ κατά ένα βαθμό Κέλβιν ονομάζεται Θερμοχωρητικότητα C.

C = ΔQ / δΤ

Στο Διεθνές Σύστημα (SI), η μονάδα της θερμοχωρητικότητας είναι joule / Kelvin, j/K.

Η ειδική θερμοχωρητικότητα ή ειδική θερμότητα (specific heat capacity ή specific heat) αναφέρεται στη μονάδα της μάζας, ενώ η γραμμομοριακή θερμοχωρητικότητα (molar heat capacity) αναφέρεται σε ένα mol ενός καθαρού υλικού (που αποτελείται από ομοιόμορφα μόρια). Μια μονάδα που χρησιμοποιήθηκε παλαιότερα είναι το kilogram-calorie (Cal), που ορίζεται σαν η ενέργεια που απαιτείται για την άνοδο της θερμοκρασίας ενός kg ύδατος κατά ένα βαθμό Κελσίου, και μάλιστα από 14.5 σε 15.5 °C. Έτσι στην κλίμακα αυτή, η ειδική θερμότητα του νερού είναι ακριβώς 1 Cal/(°C·kg).Εν γένει, η θερμοχωρητικότητα ενός υλικού δεν είναι μια σταθερά, αλλά εξαρτάται από την κλίμακα της θερμοκρασίας στην οποία συμβαίνει η θέρμανση του υλικού. Δηλαδή, για την ίδια μεταβολή θερμοκρασίας δT, σε διαφορετικές περιοχές θερμοκρασίας, απαιτούνται διαφορετικά ποσά θερμότητας ΔQ. Ωστόσο, σε πολλές πρακτικές εφαρμογές προσεγγιστικών υπολογισμών, μπορεί να θεωρηθεί σαν σταθερά.

Τέλος Θερμική ροή ονομάζεται ο λόγος της θερμότητας ΔQ που προσφέρεται σε ένα σώμα ανά μονάδα χρόνου δt, Q = ΔQ/δt.

Θερμότητα

Η θερμότητα είναι μορφή ενέργειας που αφορά μακροσκοπικά αντικείμενα, επί της ουσίας όμως πρόκειται για την κινητική ενέργεια (μεταφοράς και περιστροφής) και την ενέργεια ταλάντωσης των μορίων, ατόμων ή ιόντων ενός σώματος η οποία αποθηκεύεται και μεταφέρεται με φορείς στη μικροκοσμική κλίμακα. Η κινητική ενέργεια αφορά κυρίως τα ρευστά. Επίσης η θερμότητα αποθηκεύεται με τη διέγερση των δεσμευμένων ηλεκτρονίων σε υψηλότερες ενεργειακές στάθμες. Έτσι έχουμε τη μεταφορά της θερμότητας και με ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που εκπέμπεται καθώς τα ηλεκτρόνια επιστρέφουν στη μη διεγερμένη τους κατάσταση.

Σύμφωνα με τον δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής, η θερμότητα τείνει να ρέει αυθόρμητα από θερμότερα σώματα προς ψυχρότερα, ενώ οι ροές της μπορούν να μετατραπούν μερικώς σε ωφέλιμο έργο μέσω μιας θερμικής μηχανής.

Ιάννης Ξενάκης

Ο Ιάννης Ξενάκης (29 Μαΐου 1922 – 4 Φεβρουαρίου 2001) ήταν ένας από τους σημαντικότερους Έλληνες συνθέτες και αρχιτέκτονες του 20ού αιώνα, διεθνώς γνωστός ως Iannis Xenakis. Οι πρωτοποριακές συνθετικές μέθοδοι που ανέπτυξε συσχέτιζαν τη μουσική και την αρχιτεκτονική με τα μαθηματικά και τη φυσική, μέσω της χρήσης μοντέλων από τη θεωρία των συνόλων, τη θεωρία των πιθανοτήτων, τη θερμοδυναμική, τη Χρυσή Τομή, την ακολουθία Φιμπονάτσι κ.ά. Παράλληλα, οι φιλοσοφικές του ιδέες για τη μουσική έθεσαν καίρια το αίτημα για ενότητα φιλοσοφίας, επιστήμης και τέχνης, συμβάλλοντας στο γενικότερο προβληματισμό για την κρίση της σύγχρονης ευρωπαϊκής μουσικής των δεκαετιών του 1950 και 1960. Οι ιδέες του θεωρείται ότι υπήρξαν προσκείμενες με τα κομμουνιστικά ιδεώδη.

Κανονικές συνθήκες

Ο όρος κανονικές συνθήκες (Κ.Σ.), υπονοώντας συνήθως τις Κανονικές Συνθήκες Πίεσης και Θερμοκρασίας, δηλαδή κυριολεκτικά πρότυπες συνθήκες για τη θερμοκρασία και την πίεση (Standard conditions for Temperature and Pressure, STP) είναι σύνολο συνθηκών (αναφοράς) για πειραματικές μετρήσεις και θεσπίστηκε για να επιτρέεπει συγκρίσεις μεταξύ συνόλων τέτοιων δεδομένων. Τα πιο συνηθισμένα (τέτοια) πρότυπα χρησιμοποιούνται από τη

Διεθνή Ένωση Καθαρής και Εφαρμοσμένης Χημείας (International Union of Pure and Applied Chemistry, IUPAC) και το Εθνικό Ίδρυμα για τα Πρότυπα και την Τεχνολογία (National Institute of Standards and Technology, NIST), παρόλο που δεν αποτελούν παγκοσμίως αποδεκτά πρότυπα. Οι προαναφερόμενοι οργανισμοί έχουν θεσπίσει μια ποικιλία εναλλακτικών ορισμών για τις πρότυπες συνθήκες αναφοράς. Στη χημεία, η IUPAC έχει θεσπίσει τα ακόλουθα δύο (2) πρότυπα αναφοράς:

Πρότυπες συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης (STP): Θερμοκρασία 273,15 K (0 °C, 32 °F) και απόλυτη πίεση ακριβώς 100 kPa (1 bar, 14,504 psi, 0,98692 atm).

Πρότυπες συνθήκες περιβάλλοντος θερμοκρασίας και πίεσης (Standard Ambient Temperature and Pressure, SATP): Θερμοκρασία 298,15 Κ (25 °C, 77 °F) και απόλυτη πίεση ακριβώς 100 kPa (1 bar, 14,504 psi, 0,98692 atm).Τόσο οι STP όσο και οι SATP δεν θα πρέπει να συγχέονται με την πρότυπη κατάσταση (που αναφέρεται συχνά ως βασική κατάσταση) που συνηθίζεται να χρησιμοποιείται στις θερμοδυναμικές αξιολογήσεις της (ελεύθερης) ενέργειας Γκιμπς μιας χημικής αντίδρασης. Η NIST χρησιμοποιεί την κανονική θερμοκρασία και πίεση (Normal Temperature and Pressure, NTP), με θερμοκρασία 20 °C (293,15 K, 68 °F) και απόλυτη πίεση 1 atm (14,696 psi, 101,325 kPa).

Οι Διεθνείς Πρότυπες Μετερικές Συνθήκες για το φυσικό αέριο και παρόμοια ρευστά είναι, αντίστοιχα, 288,15 K (15,00°C, 59,00°F)) και 101,325 kPa.Στη βιομηχανία και στο εμπόριο, οι πρότυπες συνθήκες για τη θερμοκρασία και την πίεση είναι συχνά απαραίτητες για να ορίσουν πρότυπες συνθήκες αναφοράς για την έκφραση των όγκων αερίων και υγρών και παρόμοιες ποσότητες, όπως ο ρυθμός ογκομετρικής ροής, επειδή οι όγκοι (ιδιαίτερα) των αερίων ποικίλουν σημαντικά με τη θερμοκρασία και την πίεση. Ωστόσο, πολλά τεχνικά εγχειρίδια (βιβλία, περιοδικά, διαφημιστικά για εξοπλισμούς και μηχανήματα) αναφέρουν συχνά τον όρο «πρότυπες συνθήκες», χωρίς να αποσαφινίζουν ποιες ακριβώς εννοούν, οδηγώντας συχνά σε σύγχιση και λάθη. Καλή πρακτική είναι να εμπλέκονται σαφείς συνθήκες αναφοράς θερμοκρασίας και πίεσης.

Τόσο η θερμοκρασία και η (ατμοσφαιρική) πίεση έχουν ισχυρή χωρική αλλά και χρονική διακύμανση. Οι τιμές τους ωστόσο είναι ιδιαίτερα σημαντικές στις χημικές και φυσικές διαδικασίες, ειδικά στο θέμα των μετρήσεων. Έτσι, είναι αναγκαία η αποδοχή από όλους κάποιων «Κανονικών ή Συνηθισμένων Συνθηκών Πίεσης και Θερμοκρασίας» ώστε να μπορούν να αναπαράγονται σωστά τα πειράματα και οι μετρήσεις.

Κλίμακα Κέλβιν

Το κέλβιν (σύμβολο: Κ) είναι μονάδα μέτρησης της θερμοκρασίας στο Διεθνές Σύστημα Μονάδων (S.I.). Η αναφορά σε θερμοκρασίες στην κλίμακα Κέλβιν γίνεται όταν μια ένδειξη θερμοκρασίας συνοδεύεται με το σύμβολο «Κ», π.χ. θερμοκρασία 300 K (27 °C).

Το κέλβιν φέρεται κατά την ομώνυμη κλίμακα θερμοκρασίας όπου το απόλυτο μηδέν (-273,15 °C βαθμοί Κελσίου) αντιστοιχεί στο 0 Κ. Η θερμοκρασία 0 Κ είναι η χαμηλότερη δυνατή θερμοκρασία και λέγεται απόλυτο μηδέν. Η κλίμακα επινοήθηκε από τον Ουίλιαμ Τόμσον (William Thomson), πρώτο βαρόνο του Κέλβιν.

Κλίμακα Κελσίου

Η κλίμακα Κελσίου είναι εμπειρική κλίμακα μέτρησης της θερμοκρασίας. Ονομάστηκε έτσι προς τιμήν του Σουηδού αστρονόμου και μαθηματικού Άντερς Κέλσιου.

Οι 0 °C αντιστοιχούν στο υπό κανονικές συνθήκες σημείο πήξης του νερού και οι 100 °C στο σημείο βρασμού του νερού. Υπάρχουν δύο ορισμοί της κλίμακας: Ο πρώτος είναι ο αρχικός ορισμός της κλίμακας και συνδέει το μηδέν της κλίμακας με το σημείο πήξης του νερού σε ατμοσφαιρική πίεση και τους εκατό βαθμούς με το σημείο βρασμού του νερού στην ίδια πίεση. Ο ορισμός που ισχύει από το 1954 μέχρι και σήμερα θέτει το τριπλό σημείο του νερού στους 0,01 °C και διαφορά 1 °C ίση με το 1/273,16 της διαφοράς θερμοκρασίας μεταξύ απολύτου μηδενός και του τριπλού σημείου του νερού.

Ο βαθμός Κελσίου (°C) είναι η πλέον διαδεδομένη μονάδα μέτρησης της θερμοκρασίας, με εξαίρεση τις ΗΠΑ, όπου χρησιμοποιείται η Κλίμακα Φαρενάιτ.

Κρίσιμο σημείο (θερμοδυναμική)

Στη θερμοδυναμική, ένα κρίσιμο σημείο (ή κρίσιμη κατάσταση) είναι το τελικό σημείο μιας καμπύλης ισορροπίας φάσης. Το πιο σημαντικό παράδειγμα είναι το κρίσιμο σημείο υγρού-ατμού, το τελικό σημείο της καμπύλης πίεσης-θερμοκρασίας που υποδεικνύει τις συνθήκες κάτω από τις οποίες ένα υγρό και οι ατμοί του μπορούν να συνυπάρξουν. Στο κρίσιμο σημείο, που ορίζεται από μια κρίσιμη θερμοκρασία Tc και μια κρίσιμη πίεση pc, τα όρια της φάσης (θερμοδυναμική) εξαφανίζονται. Άλλα παραδείγματα συμπεριλαμβάνουν τα κρίσιμα σημεία υγρού-υγρού σε μείγματα.

Σημείο τήξης

Σημείο τήξης ή θερμοκρασία τήξης, ή ακόμη και θερμοκρασία μετάβασης, διεθνές σύμβολο Tm (εκ του αγγλικού όρου Temperature melting), ονομάζεται η θερμοκρασία στην οποία αλλάζει φάση μια καθαρή ουσία (χημικό στοιχείο ή χημική ένωση), μεταβαίνοντας από την στερεά κατάσταση στην υγρή κατάσταση, φαινόμενο που ονομάζεται τήξη. Ουσιαστικά πρόκειται για τη θερμοκρασία εκείνη στην οποία συνυπάρχουν σε ισορροπία τόσο η στερεά όσο και η υγρή κατάσταση μιας ουσίας (καθαρής).

Η θερμοκρασία στην οποία συμβαίνει η τήξη εξαρτάται από την πίεση. Συνήθως, αναφερόμαστε στη "θερμοκρασία τήξης" ενός υλικού σε κανονικές συνθήκες πίεσης. Οι προσμείξεις μεταβάλλουν τη θερμοκρασία τήξης, γι' αυτό και αναφερόμαστε σε καθαρές ουσίες.

Στατιστική μηχανική

H Στατιστική μηχανική είναι η εφαρμογή της θεωρίας πιθανοτήτων, η οποία περιλαμβάνει τα μαθηματικά εργαλεία για την

αντιμετώπιση μεγάλων πληθυσμών, στο πεδίο της μηχανικής, η οποία ασχολείται με την κίνηση σωματιδίων ή αντικειμένων που υπόκεινται σε μια δύναμη.

Στην εφαρμοσμένη στατιστική μηχανική καταστρώνονται θεωρίες υπό κλειστή μορφή σαν συστήματα αλγεβρικών ή ολοκληρο-διαφορικών εξισώσεων, που επιδέχονται αναλυτική ή αριθμητική επίλυση. Συνήθως βασίζονται σε απλοποιητικές παραδοχές.

Πραγματοποιεί τη σύνδεση μεταξύ των μικροσκοπικών ιδιοτήτων των ατόμων και των μορίων, με τις μακροσκοπικές ιδιότητες των υλικών που παρατηρούνται στην καθημερινή ζωή, εξηγώντας κατά συνέπεια τη θερμοδυναμική ως το φυσικό αποτέλεσμα της στατιστικής και της μηχανικής (κλασικής και κβαντικής) σε μικροσκοπικό επίπεδο. Πιο συγκεκριμένα, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό των θερμοδυναμικών ιδιοτήτων των υλικών από τη φασματοσκοπική ανάλυση και πληροφορία των μορίων.

Η ικανότητα της πραγματοποίησης μακροσκοπικών προβλέψεων βασισμένων σε μικροσκοπικές ιδιότητες, είναι η βασική σύνδεση μεταξύ της στατιστικής μηχανικής και της θερμοδυναμικής. Και οι δύο θεωρίες βασίζονται πάνω στον δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής, μέσω της εντροπίας. Όμως, ενώ στη θερμοδυναμική η εντροπία μπορεί να γίνει γνωστή μόνο εμπειρικά, στη στατιστική μηχανική αποτελεί μια συνάρτηση κατανομής του συστήματος, πάνω στις μικροκαταστάσεις του.

Η Στατιστική Φυσική παίζει μεγάλο ρόλο στη Φυσική της Στερεάς Κατάστασης, την Επιστήμη των Υλικών, την Πυρηνική Φυσική, την Αστροφυσική, τη Χημεία, τη Βιολογία και την Ιατρική (π.χ. μελέτη της εξάπλωσης μολυσματικών ασθενειών), στη θεωρία και τεχνική των Πληροφοριών, αλλά και σε εκείνες τις περιοχές της τεχνολογίας που οφείλουν την ανάπτυξή τους στην εξέλιξη της Σύγχρονης Φυσικής. Έχει ακόμη σημαντικές εφαρμογές σε θεωρητικές επιστήμες όπως η Κοινωνιολογία και η Γλωσσολογία και είναι χρήσιμη σε ερευνητές ανώτατης εκπαίδευσης, διοίκησης εταιριών και βιομηχανίας.

Ταχύτητα του ήχου

Η ταχύτητα του ήχου σε ατμοσφαιρικό ξηρό αέρα στους 20 °C είναι 343 m/sec ή 1.235 km/h.

Γενικά δεν είναι σταθερή, αλλά εξαρτάται από τις καταστατικές μεταβλητές του συστήματος (πίεση, θερμοκρασία).

Είναι σημαντική παράμετρος για ρευστομηχανικά συστήματα συμπιεστών ρευστών στα οποία η ταχύτητα της ροής πλησιάζει ή ξεπερνά το 0.8 Mach (πρακτικώς αεριοστρόβιλοι και υπερηχητικά αεροσκάφη), οπότε το ρευστό παύει να συμπεριφέρεται ως ασυμπίεστο και είναι πλέον συμπιεστό.

Φυσική

Η φυσική είναι η επιστήμη που ασχολείται με τη μελέτη της ύλης, της κίνησής της μέσα στον χώρο και στον χρόνο, μαζί με τις σχετικές ποσότητες, όπως η ενέργεια και η δύναμη. Σύμφωνα με έναν ευρύτερο ορισμό, η Φυσική είναι η γενική ανάλυση της φύσης, που συνδέεται με τη προσπάθεια για κατανόηση της συμπεριφοράς του σύμπαντοςΗ φυσική είναι μια από τις παλαιότερες ακαδημαϊκές ενασχολήσεις, ίσως και η παλαιότερη, στον βαθμό που περιλαμβάνει και την αστρονομία. Τουλάχιστον τις τελευταίες δυο χιλιετίες, η φυσική αποτέλεσε το ένα τμήμα της φυσικής φιλοσοφίας, μαζί με τη χημεία, κάποιους κλάδους των μαθηματικών και τη βιολογία. Αλλά κατά τη διάρκεια της Επιστημονικής Επανάστασης του 16ου αιώνα, οι φυσικές επιστήμες αναδείχθηκαν από μόνες τους ως ξεχωριστά ερευνητικά προγράμματα. Η Φυσική διασταυρώνεται με πολλούς διεπιστημονικούς τομείς έρευνας, όπως η Βιοφυσική, η Φυσικοχημεία και η Κβαντική χημεία, και επιπλέον τα όρια της Φυσικής δεν είναι αυστηρά καθορισμένα. Νέες ιδέες στη Φυσική συχνά εξηγούν θεμελιώδεις μηχανισμούς σε άλλες επιστήμες, ενώ ανοίγουν νέες λεωφόρους για την έρευνα σε τομείς των Μαθηματικών και της Φιλοσοφίας.

Η Φυσική επιπλέον συνεισφέρει σημαντικά στην ανάπτυξη νέων τεχνολογιών που προκύπτουν από θεωρητικές καινοτομίες.

Για παράδειγμα, τα βήματα που έγιναν στην κατανόηση του Ηλεκτρομαγνητισμού ή της Πυρηνικής Φυσικής οδήγησαν άμεσα στην ανάπτυξη νέων προϊόντων που έχουν μεταβάλει δραματικά (θετικά και αρνητικά) τη σύγχρονη κοινωνία, ακόμη και σε σύγκριση με τις λίγο παλαιότερες, όπως π.χ. η τηλεόραση, οι ηλεκτρονικοί υπολογιστές, οι οικιακές συσκευές, αλλά και τα πυρηνικά όπλα. Η ανάπτυξη της θερμοδυναμικής έπαιξε μεγάλο ρόλο στη βιομηχανοποίηση. Επιπλέον, η εξέλιξη της μηχανικής ενέπνευσε την ανάπτυξη της υπολογιστικής.

Κλάδοι της Φυσικής Επιστήμης

Άλλες γλώσσες

This page is based on a Wikipedia article written by authors (here).
Text is available under the CC BY-SA 3.0 license; additional terms may apply.
Images, videos and audio are available under their respective licenses.