Alin4kDoDo
Леди
Физики совершили прорыв в применении первого закона термодинамики к сложным системам. Этот закон является одним из главных в физике, но долгое время он не мог описать системы, находящиеся вне термодинамического равновесия.
Ученые из Университета Западной Вирджинии, США, переписали почти 200-летний первый закон термодинамики. Они выяснили, как один из главных законов физики можно применять шире, чем когда-либо прежде. Это открытие может переосмыслить наше понимание сложных энергетических систем, а также изменить технологии
Первый закон термодинамики
Первый закон термодинамики является одним из фундаментальных законов физики. Даже если вы не сильно интересуетесь физическими исследованиями, возможно вы знакомы с упрощенной версией этого закона: энергия не может быть ни создана, ни уничтожена, но может быть преобразована в различные формы.
- Первый закон термодинамики является законом сохранения энергии, который применяется к тепловым процессам. Он гласит, что изменение внутренней энергии системы равно сумме полученной теплоты и работы, совершенной над системой, или, другими словами, количество теплоты, переданное системе, идет на изменение ее внутренней энергии и совершение работы системой над внешней средой.
Первый закон термодинамики стал полезным инструментом для физиков с момента его открытия в 1850-х годах. Но есть одна проблема: закон работал только тогда, когда системы находились в состоянии термодинамического равновесия или близко к нему. Это означает, что температура системы постоянна во всей системе. Нет больших горячих и холодных точек и везде практически одинаковая температура, а значит, везде практически одинаковое количество энергии.
Физики переписали первый закон термодинамики
Физики уже давно пытаются найти способ применить первый закон термодинамики к системам, которые не находятся в равновесии. С многими из этих систем мы не сталкиваемся в повседневной жизни, но они очень распространены во Вселенной в таких веществах, как космическая плазма, встречающаяся повсюду, от хвостов комет до внешних слоев звезд.Ученые выяснили, что преобразование энергии в системах, находящихся в термодинамическом равновесии, можно почти полностью описать их плотностью и давлением. Но характер преобразования энергии в более сложных системах определяется гораздо большим, чем просто плотностью и давлением.
"Вне равновесия первый закон термодинамики продолжает описывать только преобразование энергии в процессе, изменяющем плотность и температуру. Мы обнаружили, что все остальные величины, описывающие газ, жидкость или плазму, когда они не находятся в равновесии, не попадают под действие первого закона термодинамики", — говорят ученые.
Физикам был нужен способ количественной оценки всех преобразований энергии, которые не описывались плотностью и давлением. И они его нашли.
Ученые считают, что результаты их исследования можно применить в разных областях науки: от химических и физических исследований до создания новых технологий в производстве электронных схем и квантовых вычислениях.
