Другі пачатак тэрмадынамікі
| Пачаткі тэрмадынамікі: |
|---|
| Нулявы |
| Першы |
| Другі |
| Трэці |
Другі пачатак тэрмадынамікі, ці другі закон тэрмадынамікі — палажэнне, якое ўстанаўлівае накіраванасць і ўмовы працякання ўсіх тэрмадынамічных працэсаў.
Сутнасць
У першым законе тэрмадынамікі сцвярджаецца, што цеплыня можа ператварацца ў работу, а работа ў цеплыню, аднак нічога не гаворыцца пра ўмовы, пры якіх магчыма такое ператварэнне, і зусім не асветлена пытанне пра скіраванасць тэрмадынамічнага працэсу.
Напрыклад, калі ёсць два целы, тэмпературы якіх розныя, то першаму закону тэрмадынамікі не супярэчыць пераход цеплыні ад халоднага цела да нагрэтага. У сапраўднасці такая сітуацыя не магчыма без задзейнічання дадатковай работы. Самаадвольнае ператварэнне, відавочна, ніякай дадатковай кампенсацыі не патрабуе. Гэта аснова аднаго з фундаметальных законаў Прыроды, які атрымаў назву другога пачатку тэрмадынамікі.
Фармулёўкі
У аснову фармулёвак другога пачатку тэрмадынамікі пакладзены пастулаты, г.зн. палажэнні, якія не патрабуюць доказаў і з’яўляюцца вынікам вопытаў. Найбольш вядомыя фармулёўкі:
Р. Клаўзіус (1822—1888):
- Цеплыня не можа сама сабой пераходзіць ад халоднага цела да гарачага.
У. Томсан (лорд Кельвін) (1824—1907):
- Цеплыню цела немагчыма ператварыць у работу толькі за кошт ахаладжэння гэтага цела.
В. Оствальд (1853—1932):
- Немагчыма стварыць вечны рухавік другога роду[1].
Л. Больцман (1844—1906):
- Прырода імкнецца ад станаў менш імаверных да станаў больш імаверных.
С. Карно (1837—1894):
- Для пераводу цеплыні ў работу неабходна наяўнасць, акрамя крыніцы цеплыні, ахаладжальніка больш нізкай тэмпературы, гэта значыць неабходны тэмпературны перепад. (гл. цыкл Карно).
Матэматычная мадэль
На практыцы, каб матэматычна разлічваць змены, што адбыліся ў тэрмадынамічным працэсе, ўводзяць паняцце энтрапіі, як меры незваротнасці працэсу (гл. асноўны артыкул энтрапія). Тады другі пачатак тэрмадынамікі прымае выгляд:
- d S ≥ 0 ,
{\displaystyle dS\geq \ 0,}
Для цыклаў запіс другога пачатку тэрмадынамікі носіць назву інтэграла Клаўзіуса і мае наступны выгляд:
- ∮
δ Q
T
≥ 0
{\displaystyle \oint _{}{\frac {\delta Q}{T}}\geq \ 0,,}
Знак роўнасці ў першай і другой формулах адпавядае зваротным працэсам, знак няроўнасці — незваротным.
Высновы
З аналізу другога пачатку тэрмадынамікі паўстаюць наступныя высновы:
-
Самаадвольныя (натуральныя) працэсы незваротныя.
-
Энергія ізаляванай сістэмы дэградуе (пераходзіць са стану з высокім патэнцыялам да стану з нізкім патэнцыялам энергавыкарыстання).
-
Энтрапія ізаляванай сістэмы імкнецца да максімума.
Апошняе выказванне ляжыць у аснове тэорыі аб цеплавой смерці Сусвету.
Тэорыя аб цеплавой смерці Сусвету
Гл. асноўны артыкул Цеплавая смерць Сусвету Упершыню выснову аб цеплавой смерці Сусвету выказаў яшчэ ў 1852 годзе У. Томпсан (Кельвін). Згодна гэтай тэорыі, якая грунтуецца на другім законе тэрмадынамікі, энтрапія Сусвету імкнецца да стану з максімумам (як і энтрапія любой ізаляванай сістэмы). На практыцы гэта значыць, што ўсе віды сусветнай энергіі пяройдуць у энергію цеплавога руху, якая будзе раўнамерна размеркавана па ўсім Сусвеце, пасля гэтага абсалютна ўсе тэрмадынамічные працэсы павінны закончыцца. Такі стан адпавядаў бы цеплавой смерці Сусвету.
Гл. таксама
Зноскі
- ↑ Вечным рухавіком другога роду называюць машыну, якая б магла, быўшы аднойчы запушчанай, ператвараць у работу ўсю падведзеную да яе цеплыню, гэта значыць мець каэфіцыент карыснага дзеяння 100 працэнтаў.
Літаратура
- Бурдаков В. П. Термодинамика — Москва: Дрофа, 2009., ч.1., 479 с.
- Жилко В. В., Лавриненко А. В., Маркович Л. Г. Физика — Минск: Народная асвета, 2002, 382 с.
Катэгорыя·Тэрмадынаміка