Thermodynamics is the branch of science concerned with heat and temperature and their relation to energy and work. It states that the behavior of these quantities is governed by the four laws of thermodynamics, irrespective of the composition or specific properties of the material or system in question. Thermodynamics applies to a wide variety of topics in science and engineering, especially physical chemistry, chemical engineering, and mechanical engineering.
Sheria ya kwanza ya thermodynamics hutolewa kama\(\Delta U = Q - W\), wapi\(\Delta U\) mabadiliko katika nishati ya ndani ya mfumo,\(Q\) ni uhamisho wa joto (jumla ya uhamisho wote wa joto ndani na nje ya mfumo), na\(W\) ni kazi ya wavu iliyofanywa (jumla ya kazi yote iliyofanywa au kwa mfumo). Wote\(Q\) na\(W\) ni nishati katika usafiri;\(\Delta U\) inawakilisha tu kiasi cha kujitegemea kinachoweza kuhifadhiwa. Nishati\(U\) ya ndani ya mfumo inategemea tu hali ya mfumo
Moja ya mambo muhimu zaidi tunaweza kufanya na uhamisho wa joto ni kuitumia kufanya kazi kwa ajili yetu. Kifaa hicho kinaitwa inji ya joto. Injini za magari na mitambo ya mvuke inayozalisha umeme ni mifano ya injini za joto.
Maneno mawili ya sheria ya pili ya thermodynamics ni: (i) Uhamisho wa joto hutokea kwa urahisi kutoka kwa miili ya juu hadi chini ya joto lakini kamwe haipatikani katika mwelekeo wa nyuma; na (ii) Haiwezekani katika mfumo wowote wa uhamisho wa joto kutoka kwenye hifadhi ili kubadilisha kabisa kufanya kazi katika mzunguko mchakato ambao mfumo anarudi kwa hali yake ya awali. Utaratibu usioweza kurekebishwa hutegemea njia na usirudi kwenye hali yao ya awali. Michakato ya mzunguko ni michakato ambayo inarudi
Injini ya Carnot inayoendesha kati ya joto mbili zilizopewa ina ufanisi mkubwa zaidi wa inji yoyote ya joto inayoendesha kati ya joto hizi mbili. Zaidi ya hayo, inji zote zinazoajiri michakato ya kubadilishwa tu zina ufanisi huu wa kiwango cha juu wakati wa kufanya kazi kati ya joto lililopewa. Sheria ya pili ya thermodynamics inaweza kurejeshwa kwa suala la mzunguko wa Carnot, na hivyo kile ambacho Carnot aligundua kweli ilikuwa sheria hii ya msingi.
Artifact ya sheria ya pili ya thermodynamics ni uwezo wa joto nafasi ya mambo ya ndani kwa kutumia pampu ya joto. Pampu za joto hupunguza hewa baridi iliyoko na, kwa kufanya hivyo, joto kwa joto la kawaida bila ukiukwaji wa kanuni za uhifadhi. Ili kuhesabu mgawo wa pampu ya joto ya utendaji, tumia equation\(COP_{hp} = \dfrac{Q_h}{W}\). Jokofu ni pampu ya joto; inachukua hewa ya joto iliyoko na kuipanua ili kuifuta.
Matatizo ni mbali zaidi kuliko utaratibu, ambayo inaweza kuonekana takwimu. Entropy ya mfumo katika hali fulani (macrostate) inaweza kuandikwa kama\(s = KLNw,\) wapi\(k = 1.38 \times 10^{-23} \space J/K\) mara kwa mara ya Boltzmann, na\(lnW\) ni logarithm ya asili ya idadi ya microstates\(W\) sambamba na macrostate iliyotolewa.
Thumbnail: Injini ya mvuke na inji za gesi na mafuta. By John Perry. 1899. Faili hii iko katika uwanja wa umma kwa sababu hakimiliki yake imekamilika nchini Marekani.
