Други закон термодинамике. Тумачење, теоријско и практично оправдање

У физици, пошто је то егзактна наука, већина догми се доказује емпиријски. Тако је изведен други закон термодинамике, који се тренутно проучава у свакој школи. Неповратни термални процеси - тако каже. Вреди напоменути да је у почетним фазама студије такво тумачење много разумљивије.

Генерал виевс

Физички принцип који ограничава смер различитих процеса у термодинамички системи је други закон термодинамике. Дефиниција овог израза формирана је у 19. веку, прво од Рудолфа Клаусиса, а затим од Виллиама Тхомсона (Лорда Келвина). У складу са два постулата у свету не може постојати нека врста перпетуал мотион енгине-а друге врсте. Не постоји и неће бити такве инсталације која би загријала, еманирала из свих ствари, живих бића и појава, претворила се у енергију за свој трајни рад. На основу тога, изведено је правило да ефикасност не може бити једнака једној. Ово се може упоредити са радом фрижидера, где ће температура, рецимо, бити једнака абсолуте зеро. У таквим условима искључена је кружна измена топлоте.

Рудолпх Цлаусис Формулатион

Први је изговорио други закон термодинамике Р. Клаусис - немачки физичар и математичар. Према његовим ријечима, кружни процес у којем се резултат постиже пријеносом топлине из мање гријаног тијела на гријано тијело је немогућ. Другим ријечима, температура у цијелости или дјеломично може слободно прећи из топлијег тијела у хладније, али се тај процес не може догодити у супротном смјеру. То нам јасно показује одсуство цикличности, зачарани круг. Такви концепти су неприхватљиви за термодинамику. Топлота се једноставно замењује између тела, и као резултат ових акција не производи се вишак енергије.

Постулат изведен од лорда Келвина

Слична дефиниција другог закона термодинамике примљена је у списима Тхомсона - британског физичара и механике. Теоретски, то звучи овако: "Циклични процес, једини резултат који би могао бити постигнут хлађењем топлог тела или резервоара, је немогућ." Да бисмо јасније разумели ову интерпретацију, замислимо одређену машину (она не може постојати према термодинамичком постулату). Повремено хлади резервоар константном топлом водом, примајући од те топлотне енергије. Захваљујући тој енергији, машина подиже различита оптерећења као што је грађевинска дизалица. У овом случају нема мотора, електрана и других механичких пуњења. У смислу емпиријске физике, то је немогуће.

Шта је уобичајено?

Сада ћемо размотрити како се ова два тумачења комбинирају и на којима се принцип темељи други закон термодинамике. Ентропија је мера хаоса која се повећава у процесу размене топлоте. Да је то спојни елемент за опис Цлаусиса и Келвина. Али назад мало. Други закон термодинамике каже да када се измени топлота, енергија се смањује (дакле, добијање посла није могуће уопште), али се истовремено повећава и мера хаоса. Овај процес је неповратан и често се назива спонтан. У термодинамици се ентропија стално умножава, али њено уништење је немогуће. Зато се чак 100 посто енергије која се налази у било којем тијелу не може претворити у рад.

Која је мера хаоса?

Концепт ентропије је први пут формулисан у уста Клаузиса. Коришћен је за одређивање мере неповратног процеса дисипације енергије. То је била нека врста разлике у одступању стварног процеса од идеала. Ентропија у затвореним системима, где се сви процеси одвијају циклично, има константну вредност. Ако је процес неповратан (што се директно односи на термодинамику), онда ентропија увијек има позитивно значење. Такође треба напоменути да је мера хаоса генерисана апсолутно свим процесима који се дешавају у Универзуму. Са сталним показатељима запремине и енергије једног тела или резервоара, ентропија се константно повећава. Ако се ове бројке периодично мењају, онда се мера хаоса може смањити због посла који се обавља, али његово потпуно уништење је немогуће. Треба напоменути да се ентропија Универзума не смањује. Она остаје нормална или трајно расте.

Илустративни пример

Други закон термодинамике може се објаснити стандардним примером, који се често даје студентима. Имамо два тела са различитим температурама. Више загрејана супстанца ће своју топлоту испуштати мање загријано све док њихова очитавања температуре не постану једнака. Током овог процеса, ентропија првог, топлијег тела ће се смањити за мању бројку него што ће се повећати у другом, хладнијем телу. Као резултат, сличан спонтани процес ће створити ентропију система, чији ће индекс бити већи од укупне вредности ентропије два тела у почетној позицији. Другим речима, мера хаоса система две супстанце, која је резултат размене топлоте, је повећана.

Термална смрт универзума

Када је спроводио своје истраге, Клаусис је закључио да без обзира на то колико нам се простор чинио отвореним (наша планета, њене одвојене територије, водене површине, итд.), Све је то у свемиру. Универзум је, пак, највећи затворени простор унутар којег се одвијају макроскопски процеси. Због чињенице да се у затвореном систему ентропија стално повећава, наш свијет се приближава чињеници да ће ускоро мјера хаоса досећи бесконачну вриједност. То значи да се сви процеси једноставно заустављају због чињенице да је енергија исцрпљена. Таква критична тачка, коју ћемо достићи, можда, у извесној будућности, добила је име термалне смрти. Испада да све наше акције (кретање, ходање, трчање), све појаве које се дешавају на планети (дашак ветра, цунами, кретање литосферских плоча) - све то узрокује неповратно повећање ентропије и исцрпљује енергију.

Оспоравање теорије

Човјек још увијек не може судити о цијелом космосу. Видимо само дио свијета у којем живимо, и истражујемо овај кутак, доказујући одређене законе и формирајући властите идеје на темељу тога. Дакле, прво оповргавање могућности термалне смрти, која се заснива на другом закону термодинамике, је да Универзум можда није затворени систем. Познато је да се 85% космоса састоји од антиматерије, чија својства нису никоме непозната. Друго оповргавање је да је наш космос, чак и ако је затворен, континуирана флуктуација. Због различитих флуктуација и промена величине, масе, енергије и температуре, ентропија се не повећава (у укупној, универзалној вредности) и не опада. Према томе, ми смо већ у стању термодинамичке равнотеже, или, према речима Клаусиса, у стању топлотне смрти.

Сумминг уп

Други закон термодинамике је нераскидиво повезан са развојем егзактних наука. Она је отворена у зору научног и технолошког напретка и постала је, може се рећи, полазна тачка за даљи рад научника у области математике, физике и астрономије. Треба напоменути да све ово представљамо посебно у земаљским условима. Врло је вјероватно да ће у другачијем окружењу, гдје гравитацијска поља имају различиту силу, термодинамика функционирати према потпуно другачијој схеми.