Термодинáміка — розділ теоретичної фізики, що стосується законів явищ поширення та збереження тепла. Розрізняють феноменологічну та статистичну термодинаміки. Остання в свою чергу поділяється на класичну й квантову.

характеристики тіл, як тиск, об'єм та температуру.

Зміни термодинамічного стану фізичних систем вивчаються при рогзляді термодинамічних процесів.

Термодинаміка вводить феноменологічно таке поняття, як ентропія. Термодинаміка була створена завдяки потребі побудови теоретичного підґрунтя для опису роботи теплових двигунів.

Основним законом термодинаміки є так званий перший закон термодинаміки —

перетворитись на електричну енергію й будь-які інші види енергії. У більшості сучасних теплових машин механічну роботу здійснює газ, що розширюється в процесі нагрівання. Цей газ називають робочим тілом. Найпоширенішими тепловими машинами є теплові двигуни.

Коефіцієнт корисної дії для двигуна, що працює за циклом Карно, залежить лише від різниці температур нагрівача і охолоджувача .

Для збільшення коефіцієнта корисної дії циклу Карно необхідно зробити температуру нагрівача якомога більшою, а температуру охолоджувача — якомога меншою.

Коефіцієонт к оор сниої д ї —іо відношення виконаної роботи до загальних енергетичних затрат на її виконання. Безрозмірна велична, яка вимірюється у відсотках. Є важливою характеристикою машин та двигунів.

При виконанні будь-якої корисної роботи, частина зусиль витрачається на подолання опору й втрачається, переходячи у тепло. Будь-яка машина, будь-

нагріванням провідника, при цьому втрачається частина корисної енергії.

застосуванні до термодинамічних процесів. Перший закон термодинаміки сформульований в середині 19 століття в результаті робіт Саді Карно, Юліуса фон Маєра, Джеймса Прескотта Джоуля і Германа фон Гельмгольца. Перший початок термодинаміки часто формулюють як неможливість існування вічного двигуна 1-го роду, який здійснював би роботу, не черпаючи енергію з якого- небудь джерела.

Зміна внутрішньої енергії закритої системи, яка відбувається в рівноважному процесі переходу системи із стану 1 в стан 2, дорівнює сумі роботи, зробленої над системою зовнішніми силами, і кількості теплоти, наданої системі: ΔU = A' + Q. Робота здійснена системою над зовнішніми тілами в процесі 1->2 (Назвемо її просто А) A=-A', тоді закон приймає вигляд:

.

Кількість теплоти, що надається системі, витрачається на зміну внутрішньої енергії системи і на здійснення системою роботи проти зовнішніх сил.

Для елементарної кількості теплоти δQ; елементарної роботи δA і малої зміни dU внутрішньої енергії перший закон термодинаміки має вигляд:

речовин та тиск (рівняння Клапейрона-Клаузіуса; останній обґрунтував це рівняння у 1851 році).

Помер Клапейрон в Парижі 28 січня 1864 року.

Рудольф Клаузіус (2 січня, 1822 р. — 24 серпня, 1888 р.) — німецький фізик, працював у області термодинаміки, сформулював другий закон термодинаміки, запровадив поняття ентропії.

У 1870 р. довів теорему віріалу.

Університетську освіту Клаузіус отримав у Берліні.

Перша робота Клаузіуса по механічній теорії тепла була опублікована в 1850 році. В цьому ж році у вересні він отримав запрошення на посаду професора

в Берлінську Королівську артилерійську інженерну школу (англ. the Royal Artillery and Engineering School).

З 1855 року — займав кафедру математичної фізики в Швейцарській Політехнічній школі, тоді ж отримав

академії наук (секція механіки).

Славу Клаузіусу принесли його роботи по теоретичній

«Теплота сама собою не може переходити від тіла холодного до тіла

як формулювання Клаузіуса. В наступних роботах по механічній теорії тепла Клаузіус уточнив своє формулювання другого начала и доказав декілька нових теорем, які носять тепер його ім’я.

В 1865 р. появилась робота «Про різноманітні зручні для застосування форми другого начала математичної теорії теплоти», в якій Клаузіус ввів найважливіше поняття для термодинаміки - ентропію.

Окрім вказаних досліджень, Клаузіус відомий також роботами по пружності тіл, по оптиці і динамічній електриці. В механіку Клаузіус ввів важливе поняття віріала (1870 р.).

Віольям Т оомсон, лорд К львінео (26 червня 1824, Белфаст — 17 грудня 1907, Ларгс, Ейршир, Шотландія) — один з найвидатніших фізиків у світовій історії.

Предки Томсона були ірландськими фермерами; батько — Джеймс Томсон (1776–1849), відомий математик, був з 1814 вчителем в Belfast

підручниками з математики, що витримали десятки видань. Вільям Томсон разом зі старшим братом, Джеймсом, навчалися в коледжі у Глазго, а потім в St. Peter Colleǵe у Кембриджі, в якому Томсон закінчив курси наук в 1845.

У 1846 у віці двадцяти двох років Томсон прийняв кафедру теоретичної фізики в університеті Глазго. Незвичайні заслуги Томсона в чистій і прикладній науці були цілком оцінені його сучасниками.

В1866 Томсон був титулований у дворянство,

в1892 королева Вікторія подарувала йому перство з титулом «барон Кельвін». Назва титулу походить від річки Кельвін, що тече біля університету Глазго.

Ще студентом Томсон опублікував ряд робіт по застосуванню рядів Фур'є до питань фізики і в чудовому дослідженні «The uniform motion of heat in homogeneous solid and its connection with the mathematical theory of electricity» («The Cambridge math. Journ.» , 1842) провів важливі аналогії між явищами розповсюдження тепла і електричного струму і показав, як вирішення питань з однієї з цих областей застосувати до питань іншої області. В іншому дослідженні «The Linear Motion of Heat» (1842, ibid.) Томсон розвинув принципи, які потім плідно доклав до багатьох питань динамічної геології, наприклад, до питання про охолодження Землі.

У1845 році, перебуваючи в Парижі, Томсон починає в журналі Жозефа Ліувілля друкувати ряд статей з електростатики, в яких викладає свій метод електричних зображень, що дав можливість просто вирішити багато важких задач електростатики.

З 1849 року починаються роботи Томсона з термодинаміки, надруковані

увиданнях королівського суспільства в Единбурзі. У першій з цих робіт Томсон, спираючись на дослідження Джоуля, вказує, як слід змінити принцип Карно, викладений у творі останнього «Réflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres à développer cette puissance» (1824), для того, щоб принцип узгоджувався з сучасними даними; ця видатна робота містить одне з перших формулювань другого закону термодинаміки.

У1852 році Томсон дає інше його формулювання, а саме вчення про розсіянні енергії.

У1852 році Томсон спільно з Джоулем проводить відоме дослідження над охолодженням газів при розширенні без здійснення роботи, яке послужило перехідним ступенем від теорії ідеальних газів до теорії дійсних газів.

Розпочата в 1855 році робота з термоелектрики («Electrodynamic Qualities of Metals») викликала посилену експериментальну роботу; в роботі брали участь студенти, і це поклало початок практичних робіт студентів в університеті Глазго - першим у Великобританії, а також початок лабораторії з фізики в Глазго.

Уп'ятдесятих роках Томсон зацікавлюється питанням трансатлантичної телеграфії; Томсон теоретично досліджує питання про поширення електричних імпульсів вздовж кабелів і приходить до висновків найбільшої практичної важливості, яка дала можливість здійснити телеграфування через океан. Попутно Томсон виводить умови існування коливального електричного розряду (1853), знову знайдені пізніше Кирхгофом (1864) і які лягли в основу всього вчення про електричні коливання. Експедиція для прокладки кабелю знайомить Томсона з потребами морської справи і призводить до вдосконалення лота і компаса (1872-1876).

У «Biogr.-Litter. Handwörterbuch Poggendorffa» (1896) наведено список близько 250 статей (крім книг), що належать Томсону. Згадаємо лише деякі предмети його робіт: термодинамічні дослідження, що призвели крім того ще до встановлення абсолютної шкали температур; роботи з гідродинаміки та теорії хвиль (нагороджені в 1887 році премією від Единбурзького королівського товариства); роботи з термоелектрики, що призвели до відкриття так званого «ефекту Томсона» - перенесення тепла електричним струмом; дослідження з теорії пружності (1862-1863), в яких Томсон розширює теорію кульових функцій; роботи з динамічної геології .

Не менш чудова діяльність Томсона в практичній фізиці і техніці; йому належить винахід або поліпшення багатьох інструментів, які увійшли в загальне вживання в науці і техніці, як то: дзеркального гальванометра, ондулятором з сифонною подачею чорнил, квадрантного і абсолютного електрометрів, нормального елемента компаса, лота і безлічі технічних вимірювальних електричних приладів, зокрема ампер-ваги, які застосовуються для вивірки електричних приладів. Серед безлічі патентів, взятих Томсоном, зустрічаються чисто практичного застосування (як, наприклад, на водопровідні крани).

З книг, виданих Томсоном, найбільшою популярністю користується «Treatise on natural philosophy» (т.1, разом з Тетом , 3-є вид. в 1883 році , німец. перекл. під ред. Гельмгольца), що містить блискучий виклад механічних основ теоретичної фізики .