Termodinamica

Termodinamica studiaza din punct de vedere energetic proprietatile generale ale substantelor si legile care guverneaza miscarea termica, fara a se tine seama de natura miscarilor si interactiilor moleculare.

Metodele termodinamicii nu au la baza nici un model de reprezentare atomo-moleculara a substantei si din acest motiv termodinamica este o stiinta fenomenologica.

In cadrul termodinamicii se stabilesc relatii intre marimi direct observabile, adica intre marimi masurabile in experiente macroscopice, cum ar fi volumul, presiunea, temperatura, concentratia solutiilor, intensitatea campului electric si magnetic, etc.

Astfel, studiul diverselor procese din termodinamica nu impune cunoasterea mecanismului fenomenelor ce conduc la procesele respective.

Sistemele termodinamice. Parametri de stare. Echilibru termodinamic. Procese termodinamice.

Termodinamica opereaza cu o serie de notiuni si marimi, cu ajutorul carora se defineste orice proces sau fenomen termic. Una dintre acestea este notiunea de sistem termodinamic.

Se stie ca prin sistem fizic in general se intelege o portiune de univers. Sistemele fizice pot fi alcatuite numai din substanta, numai din camp, sau atat din substanta cat si din camp.

Sistemul termodinamic reprezinta un sistem fizic macroscopic ale carui dimensiuni spatiale si existenta in timp permit efectuarea unor procese normale de masurare.

Sistemele termodinamice pot fi:

• izolate, daca sistemul termodinamic nu sufera nici o interactiune cu mediul inconjurator;
• inchise, daca exista interactie cu mediul inconjurator, dar nu exista schimb de substanta intre sistem si mediul inconjurator;
• deschise, daca sistemul schimba si substanta cu mediul inconjurator.

Starea unui sistem termodinamic poate fi complet caracterizata printr-un numar finit de parametrii, numiti parametrii de stare.
Parametrii de stare reprezinta valorile instantanee ale marimilor fizice ce caracterizeaza atat sistemul considerat cat si interactiile dintre sistem si mediul inconjurator.

Parametrii de stare ai unui sistem pot fi:

• interni, b_j (j=1,2,) care depind de proprietatile interne ale sistemului, adica de miscarea de ansamblu si de distributia particulelor ce compun sistemul;
• externi, a_i (i=1,2,) care depind si de pozitia corpurilor exterioare care nu fac parte din sistemul considerat.

Ansamblul valorilor grupului complet al parametrilor de stare ai sistemului determina starea sistemului la un moment dat.

Marimile fizice A_k care nu depind de starile anterioare ale sistemului ci sunt determinate numai de starea sistemului la momentul dat, fiind functie de grupul complet al parametrilor de stare independenti

A_k=A_k(a_i, b_j)

se numesc functii de stare.
Avem functii de stare ca energia interna, entropia, energia libera etc.
Determinarea parametrilor de stare si a functiilor de stare se face in raport cu un sistem de referinta dat. In termodinamica clasica parametrii de stare se determina fata de referentialul a carui origine se gaseste in centrul de masa al sistemului.
Daca parametrii de stare ai unui sistem termodinamic raman constanti in timp, cand nu se schimba conditiile exterioare, sistemul se afla in echilibru termodinamic.
Parametrii ce caracterizeaza sistemul in starea sa de echilibru termodinamic se numesc parametrii termodinamici, care la randul lor pot fi:

• extensivi, ca de exemplu, volumul, energia, entropia etc. care sunt proportionali cu numarul de particule din sistem;
• intensivi, ca presiunea, temperatura etc., care nu depind de numarul particulelor din sistem.

Starea de echilibru termodinamica este o stare ideala deoarece presupune ca parametrii macroscopici care caracterizeaza starea sistemului cu valori riguros constante atat in timp cat si pe tot cuprinsul sistemului.
In realitate, valorile acestor paramterii nu sunt constante, ci efectueaza anumite oscilatii, numite fluctuatii, in jurul valorilor medii.
Existenta unui gradient de temperatura sau denistate intr-un sistem termodinamic conduce la aparitia unor fluxuri de caldura, de substanta, etc.
Prin urmare starile sistemului termodinamic in care gradientul unei marimi fizice ca temperatura, densitatea etc. este diferit de zero nu raman neschimbate daca nu sunt mentinute din exterior. Aceste stari se numesc stari de neechilibru. Prin proces termodinamic se intelege trecerea unui sistem termodinamic dintr-o stare de echilibru initiala la o alta stare finala, trecand printr-o succesiune continua de stari intermediare.
Intr-un proces termodinamic, unii din parametrii de stare ai sistemului variaza in timp. De exemplu variatia volumului unui gaz produce o variatie a presiunii acestuia daca temperatura ramane constanta.
Orice proces termodinamic este caracterizat de marimi specifice numite marimi de proces care depin in genereal de 'drumul urmat', adica de toate starile intermediare ale sistemului.
Starile intermediare ale unui sistem pot fi stari de echilibru sau nu.

Clasificarea proceselor termodinamice se poate face din mai multe puncte de vedere.
a. Dupa marimea variatiei relative a parametrilor de stare avem:

• procese diferentiale, pentru care viariatia relativa a parametrilor de stare este foarte mica;
• procese finite, cand cel putin un parametru de stare sufera o variatie relativ mare.

b. Din punctul de vedere al naturii starilor intermediare:

• procese cvasistatice(de echilibru), in care starile intermediare pot fi considerate suficient de apropiate de starile de echilibru, in tot cursul procesului;
• procese nestatice, pentru care starile intermediare ale sistemului nu pot fi complet caracterizate din punct de vedere al termodinamicii.

Un sistem termodinamic scos din starea de echilibru, revine la starea initiala dupa un timp numit timp de relaxare.
Exsita un timp de relaxare specific pentru fiecare parametru de stare. Timpul de relaxare pentru sistemul termodinamic reprezinta tipul de relaxare specific cel mai mare.
Daca intr-un sistem termodinamic procesele au loc cu viteze mai mici decat viteza de relaxare , in orice etapa a procesului, parametrii de stare au valori care corespund starii respective de echilibru si deci procesul este un proces cvasistatic.
Procesele reale sunt nestatice, iar procesele cvasistatice sunt numai o aproximatie a proceselor reale.
Procesele cvasistatice pot fi reprezentate pe o diagrama de exemplu p-V cu ajutorul unei curbe continue intre starea initiala si starea finala (fig.1), iar procesele nestatice nu pot fi reprezentate printr-o curba (fig.2), deoarece in starile interemediare de neechilibru parametrii de stare nu au o valoare unica pentru intregul sistem.

c. Din punct de vedere al trecerii sistemului din starea initiala I in starea finala F si invers avem:

• procese termodinamice reversibile, daca trecerea sistemului din starea I in starea F poate fi parcursa si invers exact pe acelasi drum.

Pentru realizarea unui astfel de proces, conditiile exterioare trebuie sa se modifice extrem de lent, astfel incat sistemul sa aibe timp sa se adapteze progresiv la noile variatii la care este supus treptat;

• proceste termodinamice ireversibile in care prin trecerea din starea F in starea I nu se ating toate punctele curbei obtinute la trecerea din starea I in starea F.

In realitate nu exista procese reversibile. Procesul poate fi considerat reversibil daca starile intermediare in trecerea de la F la I sunt suficient de apropiate de starile intermediare obtinute prin trecerea de la I la F.

d. Dupa legatura dintre starea initiala si starea finala se disting:

• procese ciclice cand starea finala a sistemului coincide cu cea initiala;
• procese neciciclice (deschise), cand starea finala a sistemului difera de cea initiala.

e. dupa parametrii ce raman constanti in timpul unui proces termodinamic avem:

• procese izobare (P=constant)
• procese izocore (V=constant)
• procese izoterme (T=constant)
• procese adiabatice (fara schimb de caldura cu exteriorul)
• procese politrope (cand caldura specifica a sistemului ramane constanta).

Ecuatii de stare

Parametrii de stare nu sunt independenti, ci legati prin una sau mai multe ecuatii de stare. De exemplu, starea termodinamica a unui gaz poate fi caracterizata prin parametrii p, V, T iar ecuatia de stare este

f(p,V,T) = 0    (1)

Forma ecuatiei de stare nu poate fi determinata in cadrul termodinamicii, aceasta putand fi obtinuta numai pe cale experimentala. In unele cazuri ecuatia de stare, dupa cum vom vedea poate fi dedusa in cadrul fizicii statice. Experimental s-a constatat ca in starea de echilibru termodinamic presiunea p, volumul V si temperatura T se afla in legatura functionala nu numai pentru gazul ideal sau real ci si pentru orice corp omogen si izotop.

Ecuatia (2) poate fi rezolvata exprimand unul din parametrii in functie de ceilalti doi

V = V(p,T)    (2)

Variatia volumului putand fi scrisa sub forma

    (3)

Variatiile dp si dT pot fi independente sau legate prin anumite conditii;

Daca procesul este izocor, atunci

si deci

    (4)

sau

    (5)

Aceste relatii permit obtinerea unor legaturi intre marimi fizice importante, din punct de vedere experimental, fara a cunoaste forma explicita a ecuatiei de stare (2).
Sa introducem parametrii

a. coeficientul termic de dilatare volumica

    (6)

b. coeficientul termic al presiunii

    (7)

c. modulul de compresibilitate

    (8)

Introducand acesti parametrii in (5) obtinem

    (9)

Postulatele termodinamicii

La baza termodinamicii stau doua postulate si trei principii care rezulta din generalizarea datelor experimentale.

[modifica] Primul postulat al termodinamicii. (Principiul general al termodinamicii)

'Un sistem termodinamic izolat ajunge intotdeauna, dupa un interval de timp oarecare in starea de echilibru termodinamic si nu poate iesi niciodata de la sine din aceasta stare'.
Acest postulat indica prin urmare sensul proceselor termodinamice intr-un sistem izolat aflat in starea de neechilibru termodinamic.
In cadrul fizicii statice se va arata ca exista fluctuatii si ca aceste fluctuatii sunt cu atat mai mari cu cat numarul particulelor din sistem este mai mic.
Termodinamica se ocupa de acele sisteme macroscopice pentru care fluctuatiile pot fi neglijate.

[modifica] Postulatul al doilea al termodinamicii. (Principiul Zero). Temperatura empirica.

Experimental se constata ca daca doua sisteme termodinamice A si B sunt puse in contact termic (adica intre ele este posibil un schimb de caldura) atunci independent de valorile parametrilor de stare externi a_i, sistemele ori raman mai departe in starea de echilibru termodinamic initial, ori starile de echilibru ale sistemelor sunt perturbate, iar dupa un anume timp, in urma schimbului de caldura, se stabileste o alta stare de echilibru termodinamic pentru sistemele A si B. Daca punem apoi sistemul compus (A+B) in contact termic cu un al treile sistem C, in mod analog, fie ca echilibrul stabilitintre sistemele A si B nu se modifica fie ca acest echilibru este perturbat si dupa un anumit timp t, toate cele trei sisteme trec intr-o noua stare de echilibru termodinamic.
Aceasta experienta ne conduce la concluzia ca odata cu stabilirea echilibrului termodinamic a sistemului A cu sistemul B. Este pusa astfel in evidenta proprietatea de tranzitivitate a echilibrului termodinamic.
Astfel putem enunta postulatul al doilea al termodinamicii sub forma: 'tranzivitatea este o proprietate generala a echilibrului termic'.
Din proprietatea de tranzitivitate a echilibrului termic rezulta ca starea de echilibru termodinamic a unui sistem este determinata, in afara parametrilor externi si de un parametru intern ce caracterizeaza starea interna a sistemului.
Postulatul al doilea al termodinamicii mai poate fi formulat si sub forma: 'Starea de echilibru termodinamic a unui sistem este determinata de parametrii externi a₁, a₂ si de o marime numita temperatura empirica, ce caracterizeaza starea interna a sistemului'.
Temperatura la echilibru fiind aceeasi pentru toate sistemele aflate in contact termic si ramane neschimbata dupa intreruperea contactului termic, proprietatea de tranzivitate a echilibrului termic permite compararea valorilor parametrului pentru diferite sisteme fara a le pune in contact nemijlocit, ci folosind un alt corp ca intermediar.
Al doilea postulat al termodinamicii mai poate enuntat astfel:
'Toti parametrii interni b_j ai unui sistem aflat in echilibru termodinamic sunt functie de parametrii externi a_i si de temperatura '

    (10)

Din cele prezentate rezulta ca daca doua sisteme puse in contact nu-si schimba starile termodinamice initiale, inseamna ca cele doua sisteme sunt caracterizate de aceeasi temperatura empirica , iar daca starile initiale se schimba cele doua corpuri au temperaturi empirice diferite.
Pentru a stabili care dintre doua sisteme are temperatura mai mare sa introducem o conditie suplimentara: 'Daca prin contactul termic dintre sistemele A si B energia trece de la sistemul A la sistemul B, atunci θ_A > θ_B'.
Determinarea practica a temperaturii impune folosirea unei scari de temperatura legata de o anumita substanta. Daca consideram ca starea termodinamica a substantei alese este complet determinata de parametrul extern a_i, parametrul intern b_j si temperatura , atunci din (10) obtinem

    (11)

Se poate stabili un sistem standard, numit termometru astfel incat temperatura sa depinda de un parametru X (intern sau extern).
Sistemul termodinamic se alege astfel incat sa fie o functie liniara de X

X) = CX    (12)

C fiind o constanta.
Se impune introducerea unei izoterme de referinta

    (13)

si deci

    (14)

Dupa modul de alegere a isotermelor avem diferite scari de temperaturi.
La scara Celsius se stabilesc doua izoterme de referinta corespunzatoare temperaturii de topire a ghetii (0^oC)si temperaturii de fierbere a apei pure la presiune normala (100^oC).
Prin conventia internationala din anul 1954 se considera izoterma de referinta corespunzatoare punctului triplu al apei careia ii corespunde valoarea T=273,15K.

Principiile termodinamicii

In afara de cele doua postulate, la baza termodinamicii stau si trei principii.

Primul principiu al termodinamicii

Principiul intai al termodinamicii constituie o extindere a legii conservarii energiei la procesele in care intervine miscarea termica a materiei, adica miscarea dezordonata a unui numar mare de particule (atomi, molecule etc.).

[modifica] Energie interna. Lucrul mecanic si caldura.

Energia unui sistem fizic alcatuit dintr-un numar mare de particule in continua miscare, care interactioneaza permanent intre ele este egala cu suma tuturor energiilor particulelor respective.
Energia totala a sistemului reprezinta suma dintre energia externa (compusa din energia cinetica si cea potentiala) si energia interna.

W = W_c + W_p + U    (15)

unde W_c este energia cinetica a sistmului luat ca un intreg, W_p este energia potentiala a sistemului ca urmare a existentei sale intr*un camp de forte (de ex. gravitational).
Prin energie interna se intelege energia unui sistem masurata in raport cu un sistem de referinta solidar cu sistemul termodinamic si cu originea in centrul de inertie al sistemului.
Energia interna a unui sistem se compune din energia cinetica amoleculelor aflate intr-o continua miscare desordonata (intr-un sistem de referinta fata de care sistemul macroscopic este in repaus) si energia potentiala datorita interactiunii dintre molecule. Intr-un gaz ideal aflat in repaus energia interna este suma dintre energiile interne ale moleculelor, miscarii lor de rotatie, vibratie, etc.
Energia interna se noteaza de obicei cu U si este o functie de stare in sensul ca fiecarei stari a sistemului ii corespunde o valoare bine determinata a energiei interne.
Pin urmare energia interna este o functie de stare care, ca si temperatura, volumul sau presiunea face parte din categoria parametrilor macroscopici.
Ca urmare a interactiunii dintre sistemul fizic si mediul exterior poate avea loc un transfer de energie. Acest transfer de energie se poate face cu sau fara variatia parametrilor externi. In cazul in care interactiunea are loc cu variatia parametrior externi, avem de-a face cu un proces mecanic sau cu o actiune mecanica iar energia transportata se numeste lucru mecanic.
Un proces de interactiune are loc si in alte situatii cand parametrii externi care variaza sunt inductia electrica, inductia magnetica etc.
Daca interactiunea are loc fara variatia parametrilor externi, transmiterea energiei se numeste schimb de caldura sau proces termic iar energia transmisa se numste caldura.
De aici rezulta ca desii lucrul mecanic si caldura au dimensiunile unei energii, ele nu sunt forme de energie, si doua moduri diferite de transmitere a energiei de la un sistem la altul sau in exterior si din acest motiv nu sunt echivalente.
Aceasta rezulta si din faptul ca lucrul mecanic este o forma macrofizica (ordonata) de transmitere a energiei de la un sistem la altul, in timp ce caldura este o forma microfizica (neordonata) de transmitere a energiei.

Formularea principiului intai al termodinamicii.

Principiul intii constitue o extindere a legii conservarii energiei la procesele in care intervine miscarea termica a materiei. Acest principiu a fost enuntat pentru prima data de catre R.J.Mayer in 1842.
La baza acestui enunt a stat observatia experimentala ca lucrul mecanic se poate transforma in caldura si invers.
Transformari ale lucrului mecanic in caldura se intilnesc in toate fenomenele de frecare intre corpuri, la comprimarea si dilatarea gazelor, la transformarea lucrului mecanic in energie electrica si apoi in caldura prin efect Joule etc.
Transformarea caldurii in lucru mecanic se realizeaza prin intermediul masinilor termice.
Daca consideram un sistem izolat adiabatic de mediul inconjurator, adica intre sistem si mediul inconjurator aa nu aiba loc achimb de caldura, atunci starea unui astfel de sistem se poate schimba prin efectuarea unui lucru mecanic, asupra sa de catre mediul inconjurator si invers.
In acest caz primul principiu poate fi scris sub forma

ΔT = ΔU = U₂ − U₁    (16)

Daca se considera schimbarea starii unui sistem neizolat adiabatic atunci, in general, lucrul mecanic ΔL efectuat asupra sistemului nu va fi egal cu variatia energiei sale interne. In acest caz are loc si un schimb de caldura intre sistem si mediul inconjurator, astfel incit principiul intii al termodinamicii (care exprima legea conservarii energiei) se exprima prin relatia

ΔU = ΔQ − ΔL    (17)

sau

ΔQ = ΔU + ΔL    

Din aceasta relatie rezulta ca: variatia energiei interne a sistemului este egala cu diferenta dintre cantitatea de caldura schimbata de sistem cu mediul inconjurator si lucrul mecanic efectuat asupra sistemului (sau de catre sistem catre exterior). Relatia (17) exprima principiul intai al termodinamicii pentru cazul unor schimbari finite, pentru schimbarile infinitezimale, aceasta ecuatie se scrie sub forma

ΔU = δQ − δL    (18)

In cadrul calculelor ce le vom face este oportun sa facea urmatoarea conventie: lucrul mecanic sau cantitatea de caldura sunt pozitive daca sunt primite de sistem din exterior, si negative daca sunt cedate de sistem exteriorului.
Aceasta conventie este ca orice conventie arbitrara si la locul ei poate fi aleasa o alta.
O consecinta a primului principiu este aceea ca este imposibil sa functioneze un perpetuum mobile de speta intai.
Prin perpetuum mobile de speta intai intelegand un sistem termodinamic (masina termica) capabil sa furnizeze lucru mecanic exteriorului fara a primi energie sub forma de caldura din exterior.
Sa consideram in acest scop un sistem ce sufera o transformare ciclica, adica o transformare in care starea finala coincide cu starea initiala. Energia interna fiind o marime de stare, variatia ei intr-o astfel de transformare este nula, ceea ce conduce la

0 = ΔQ − ΔL    (19)

sau

ΔL = ΔQ    (20)

ceea ce in conformitate cu conventia stabilita impune ca sistemul sa primeasca caldura de la exterior pentru a efectua lucrul mecanic asupra acestuia.

[modifica] Aplicatii ale principiului intai al termodinamicii la gazele perfecte. Capacitati calorice ale gazelor

Se numeste capacitate calorica a unui sistem intr-un anumit proces considerat si la o anumita temperatura caldura necesara pentru a ridica cu un grad temperatura sistemului (fara achimbarea starii de agregare)

    (21)

Unitatea de masura a lui C in Sistemul International de unitati este Joule/Kelvin.

Capacitatea calorica raportata la unitatea de masa dintr-o substanta omogena se numeste caldura masica sau caldura specifica.

    (22)

Unitatea de masura a lui c, in Sistemul International de unitati este Joule/kg.Kelvin.

Caldura kilomolara, folosita mai des la gaze, reprezinta capacitatea calorica a unui kilomol de gaz.

Deoarece cantitatea de caldura nu este o functie de stare, valoarea capacitatii calorice va depinde de modul in care se incalzeste sistemul.

In fizica cele mai folosite sunt caldurile molare la volum constant (C_v) si la presiune constanta (C_p) care se definesc prin cantitatea de caldura necesara incalzirii cu un grad a unui mol de gaz cand se mentine constant volumul si respectiv presiunea.

Energia interna a unui gaz este, in general, o functie atit de T cit si de V si prin urmare:

    (23)

Daca consideram o transformare la volum constant (dV = 0 < / math), < math > δL = 0 si din relatia (18) rezulta:

    (24)

conform definitiei, caldura molara la volum constant va fi:

    (25)

In mod analog caldura molara la presiune constanta este data de relatia:

    (26)

Din relatiile (25) si (26) rezulta legatura dintre caldurile la volum si respectiv presiune constanta

    (27)

Pentru un gaz ideal energia interna depinde numai de temperatura U = U(T); aceasta se explica prin aceea ca volumul ocupat de moleculele si interactiile dintre ele pot fi neglijate.

Atunci din relatia (27) se obtine:

    (28)

ultima egalitate provenind din folosirea ecuatiei de stare pV = RT (pentru un mol de gaz).

Relatia (28) este cunoscuta sub denumirea de relatia lui Mayer.

Daca se tine cont de expresia energiei interne a unui mol de gaz perfect , unde I este numarul gradelor de libertate, atunci:

         (29)

Un rol important in descrierea comportarii gazelor il joaca raportul dintre caldura molara la presiune constanta si caldura molara la volum constant:

Acest raport este denumit coeficient adiabatic si din (29) rezulta urmatoarele valori:

- gaze monoatomice: (He, Ne, Ar, Kr )

- gaze biatomice: (N₂, O₂ )

- gaze tri sau poliatomice: (H₂O, NH₃, CH₄ )

=

[modifica] Transformarea izoterma

La transformarea izoterma cantitatea de caldura primita de gazul ideal este egala cu lucrul efectuat de acesta:

Qt=Lt

Transformarea izobara

L=nRΔT=PΔT

[modifica] Transformarea izocora

L=0

P*V=constant

Principiul al doilea al termodinamicii

Variatia energiei interne intr-un sistem fizic izolat depinde doar de starea initiala si finala a sistemului, fiind independenta de starile intermediare.

Ciclul Carnot

A fost propus de inginerul francez Sadi Carnot in scopul imbunatatirii randamentului motoarelor termice. Este un ciclu teoretic , alcatuit din doua transformari adiabatice si doua izoterme. motorul imaginat de Carnot folosea drept combustibil gaz ideal ce suferea transformari cvasistatice. Qcedat=Qabsorbit

Temperatura termodinamica

Formularea principiului al doilea al termodinamicii. Entropia

Formularea lui W. Thomson (lord Kelvin) Nu este posibil un proces ciclic reversibil prin care sa fie transformata in lucru mecanic caldura primita de la o singura sursa de caldura.

Formularea lui Clausius Caldura nu trece,,de la sine" de la un corp cu temperatura mai mica la un corp cu temperatura mai mare.

Formularea lui Caratheodory In vecinatatea unei stari arbitrare a unui sistem termodinamic in stare de echilibru exista stari care nu pot fi atinse prin procese adiabatice reversibile. Formularea lui Caratheodory sugereaza existenta unei functii de stare a carei valoare este constanta pentru transformarile adiabatice. Vom numi aceasta functie de stare entropie empirica si o vom nota prin σ. Entropia empirica se modifica in toate procesele care au loc cu schimb de caldura. Caldura infinit zecimala schimbata de sistem poate fi scrisa sub forma

δQ = Tdσ

Principiul al treilea al termodinamicii

Al treilea principiu al termodinamicii a fost formulat mai intai de catre Nernst in 1906 si a fost denumit 'teorema lui Nernst', iar apoi a fost reformulat de catre Planck. Principiul al treilea nu contine functii de stare, dar el face ca functiile de stare sa poata fi determinate numeric, si deci, sa poata fi utilizate in practica. Principiul al III-lea al termodinamicii se refera la modul cum se comporta entropia unui sistem in vecinatatea temperaturii de zero absolut :

'Cand temperatura absoluta a unui sistem tinde catre zero, entropia sa tinde catre o constanta universala, finita, care, pentru sistemele pure condensate, poate fi egala cu zero'.

Termodinamica proceselor ireversibile

Termodinamica clasica se ocupa in special de procesele cvasistatice si de starea de echilibru ale sistemelor inchise.

Ea nu poate da relatii cantitative pentru procese naturale, care sunt in general ireversibile si au loc in sistemele deschise.

Pentru studiul acestor procese a fost nevoie de o noua dezvoltare a termodinamicii care are ca obiect studiul proceselor naturale.

Aceasta dezvoltare a permis descoperirea a o serie de legi noi care permit scrierea primelor doua principii ale termodinamicii si pentru procesele ireversibile, care se desfasoara in sistemele deschise, naturale.

Aceste noi legi exprima proportionalitatea intre asa-numitel forte termodinamice si fluxurile lor corespunzatoare.

Prin forte termodinamice se inteleg cauzele care provoaca fenomenele ireversibile, de exemplu gradientul concentratiei, gradientul temperaturii etc.

Caracteristicile cantitative ale fenomenelor ireversibile corespunzatoare, provocate de fortele termodinamice, se numesc fluxuri; de ex. fluxul de difuzie, fluxul de caldura etc.

Prin nici un experiment nu se poate atinge temperatura de 0K