قانون دوم ترمودینامیک به زبان ساده قانون دوم ترمودینامیک

وزارت آموزش و پرورش و علوم فدراسیون روسیه

موسسه آموزشی دولتی آموزش عالی حرفه ای

دانشگاه فناوری شیمی دولتی ایوانوو

گروه فناوری غذایی و بیوتکنولوژی (TPPiBT)

انشا

در رشته "ترمودینامیک فنی و مهندسی حرارت"

II قانون ترمودینامیک یا "مرگ حرارتی کیهان"

تکمیل شد:

دانشجوی سال 3

ایولف پاول آندریویچ

سرپرست:

کاندیدای علوم فنی، دانشیار، گروه P&AChT

مارکیچف نیکولای آرکادویچ

ایوانوو 2010

مقدمه _________________________________________________________________ 3

بخش 1. قانون دوم ترمودینامیک.

1.1. قانون دوم ترمودینامیک خصوصیات و فرمولاسیون.____________4

قسمت 2. آنتروپی

2.1. مفهوم آنتروپی.________________________________________________________________5

2.2. قانون افزایش آنتروپی استنتاج قانون افزایش آنتروپی._______________5

2.3 امکان آنتروپی در کیهان.________________________________________________6

بخش 3. نظریه "مرگ گرمایی" کیهان

3.1. پیدایش ایده تئوری "مرگ گرمایی" کیهان.________________________________8

3.2. نگاهی به نظریه "مرگ گرمایی" جهان از قرن بیستم.____________________

3.3 "مزایا" و "معایب" نظریه "مرگ گرمایی" کیهان_________________________________10

نتیجه گیری ________________________________________________________________16

فهرست ادبیات استفاده شده در اثر __________________________________17

معرفی:

این کار مشکل آینده کیهان ما را مطرح می کند. در مورد آینده ای که بسیار دور است، آنقدر که معلوم نیست اصلا می آید یا نه. زندگی و توسعه علم به طور قابل توجهی ایده های ما را در مورد جهان، تکامل آن و قوانین حاکم بر این تکامل تغییر می دهد. در واقع وجود سیاهچاله ها در قرن هجدهم پیش بینی شده بود. اما تنها در نیمه دوم قرن بیستم، آنها به عنوان گورهای گرانشی ستارگان عظیم و به عنوان مکان هایی که بخش قابل توجهی از ماده قابل مشاهده می تواند برای همیشه "از بین برود" و از چرخه عمومی خارج شود، در نظر گرفته شدند. و بعداً مشخص شد که سیاهچاله ها تبخیر می شوند و بنابراین آنچه را که جذب کرده اند باز می گردند ، اگرچه در ظاهری کاملاً متفاوت. ایده های جدید دائما توسط کیهان فیزیکدانان بیان می شود. بنابراین ، نقاشی هایی که اخیراً نقاشی شده اند ناگهان منسوخ شده اند.

یکی از بحث برانگیزترین موارد در حدود 100 سال، مسئله امکان دستیابی به حالت تعادل در کیهان است که معادل مفهوم "مرگ گرمایی" آن است که علت آن قانون دوم ترمودینامیک و نتیجه گیری است. از آن جاری می شود.

قسمت 1. قانون دوم ترمودینامیک

قانون دوم ترمودینامیک ویژگی ها و فرمولاسیون:

فرآیندهای طبیعی همیشه به سمتی هدایت می شوند که سیستم به حالت تعادل (مکانیکی، حرارتی یا هر چیز دیگری) دست یابد. این پدیده توسط قانون دوم ترمودینامیک منعکس شده است که برای تجزیه و تحلیل عملکرد فرآیندهای حرارت و قدرت نیز اهمیت زیادی دارد.

قانون دوم ترمودینامیک یک اصل فیزیکی است که محدودیت هایی را در جهت فرآیندهای انتقال حرارت بین اجسام اعمال می کند. بیان می کند که انتقال خود به خود گرما از جسمی که حرارت کمتری دارد به جسم گرمتر غیرممکن است.

قانون دوم ترمودینامیک ماشین‌های به اصطلاح حرکت دائمی نوع دوم را ممنوع می‌کند و عدم امکان تبدیل تمام انرژی داخلی سیستم را به کار مفید نشان می‌دهد.

قانون دوم ترمودینامیک فرضیه ای است که در چارچوب ترمودینامیک قابل اثبات نیست. بر اساس تعمیم حقایق تجربی ایجاد شد و تأییدهای تجربی متعددی دریافت کرد.

فرمولاسیون وجود دارد:

- انتقال گرما از یک منبع سرد به یک منبع گرم بدون هزینه کار غیرممکن است.

- ساختن یک ماشین دوره ای که کار را انجام می دهد و بر این اساس مخزن حرارتی را خنک می کند غیرممکن است.

- طبیعت برای گذار از حالت های کم احتمال به حالت های محتمل تر تلاش می کند.

لازم به ذکر است که قانون دوم ترمودینامیک (مانند قانون اول) بر اساس تجربه تدوین شده است. قانون دوم ترمودینامیک در کلی ترین شکل خود را می توان به صورت زیر فرموله کرد: هر فرآیند خود به خودی واقعی غیر قابل برگشت است. تمام فرمول های دیگر قانون دوم موارد خاص از کلی ترین صورت بندی هستند:

فرآیندی که در آن گرما به طور خود به خود از اجسام سردتر به اجسام گرمتر منتقل شود غیرممکن است(مقام کلازیوس، 1850).

دبلیو تامسون (لرد کلوین) فرمول زیر را در سال 1851 پیشنهاد کرد: غیرممکن است که با کمک یک ماده بی جان بتوان از هر جرم ماده با سرد کردن آن در دمای کمتر از سردترین جسم اطراف، کار مکانیکی به دست آورد.

M. Planck فرمولی را ارائه کرد که واضح تر از تامسون بود: ساختن یک ماشین دوره ای غیرممکن است که کل عملکرد آن به مفهوم بار معین و خنک کننده منبع گرما کاهش یابد.

قسمت 2. آنتروپی

2.1 مفهوم آنتروپی.

اختلاف بین تبدیل گرما به کار و کار به گرما منجر به جهت گیری یک طرفه فرآیندهای واقعی در طبیعت می شود که بیانگر معنای فیزیکی قانون دوم ترمودینامیک در قانون وجود و افزایش فرآیندهای واقعی یک تابع خاصی فراخوانی می شود آنتروپی ، تعریف کردن اندازه گیری استهلاک انرژی

اغلب قانون دوم ترمودینامیک به عنوان یک اصل واحد از وجود و افزایش آنتروپی ارائه می شود.

اصل وجود آنتروپیبه عنوان یک عبارت ریاضی برای آنتروپی سیستم های ترمودینامیکی تحت شرایط فرآیندهای برگشت پذیر فرموله شده است:

اصل افزایش آنتروپیبه این بیانیه می رسد که آنتروپی سیستم های ایزوله همواره با هر تغییری در حالت آنها افزایش می یابد و تنها زمانی ثابت می ماند که فرآیندها برگشت پذیر باشند:

.

هر دو نتیجه در مورد وجود و افزایش آنتروپی بر اساس برخی فرضیه ها به دست می آیند که برگشت ناپذیری فرآیندهای واقعی در طبیعت را منعکس می کند. غالباً از فرضیه های R. Clausius، W. Thompson-Kelvin، M. Planck برای اثبات اصل ترکیبی وجود و افزایش آنتروپی استفاده می شود.

2.2. قانون افزایش آنتروپی استخراج قانون افزایش آنتروپی

اجازه دهید نابرابری کلازیوس را برای توصیف فرآیند ترمودینامیکی دایره ای برگشت ناپذیر که در شکل 1 نشان داده شده است، اعمال کنیم.

شکل 1. فرآیند ترمودینامیکی دایره ای برگشت ناپذیر

اجازه دهید فرآیند 1-2 برگشت ناپذیر باشد و فرآیند 2-1 برگشت پذیر باشد. سپس نابرابری کلازیوس برای این مورد شکل می گیرد

از آنجایی که فرآیند 2-1 برگشت پذیر است، پس

جایگزینی این فرمول به نابرابری (1) به ما امکان می دهد که عبارت را بدست آوریم

مقایسه عبارات (1) و (2) به ما امکان می دهد نابرابری زیر را بنویسیم

که در آن علامت مساوی در صورت برگشت پذیر بودن فرآیند 1-2 رخ می دهد و اگر فرآیند 1-2 برگشت ناپذیر باشد علامت آن بزرگتر است.

نابرابری (3) را می توان به صورت دیفرانسیل نیز نوشت

اگر یک سیستم ترمودینامیکی ایزوله آدیاباتیک را در نظر بگیریم که برای آن، عبارت (4) شکل خواهد گرفت.

یا به صورت یکپارچه

نابرابری های حاصل قانون افزایش آنتروپی را بیان می کنند که می تواند به صورت زیر فرموله شود:

در یک سیستم ترمودینامیکی ایزوله آدیاباتیک، آنتروپی نمی تواند کاهش یابد: اگر فقط فرآیندهای برگشت پذیر در سیستم اتفاق بیفتد حفظ می شود، یا اگر حداقل یک فرآیند برگشت ناپذیر در سیستم رخ دهد افزایش می یابد.

عبارت نوشته شده فرمول دیگری از قانون دوم ترمودینامیک است.

2.3 امکان آنتروپی در کیهان

در یک سیستم ترمودینامیکی جدا شده از نظر آدیاباتیک، آنتروپی نمی تواند کاهش یابد: اگر فقط فرآیندهای برگشت پذیر در سیستم اتفاق بیفتد حفظ می شود یا اگر حداقل یک فرآیند برگشت ناپذیر در سیستم رخ دهد افزایش می یابد.

عبارت نوشته شده فرمول دیگری از قانون دوم ترمودینامیک است.

بنابراین، یک سیستم ترمودینامیکی ایزوله به حداکثر مقدار آنتروپی تمایل دارد که در آن حالت تعادل ترمودینامیکی رخ می دهد.

لازم به ذکر است که اگر سیستم ایزوله نباشد، کاهش آنتروپی امکان پذیر است. نمونه ای از چنین سیستمی مثلاً یک یخچال معمولی است که در داخل آن کاهش آنتروپی امکان پذیر است. اما برای چنین سیستم‌های باز، این کاهش موضعی آنتروپی همیشه با افزایش آنتروپی در محیط جبران می‌شود که از کاهش محلی آن بیشتر است.

قانون افزایش آنتروپی ارتباط مستقیمی با پارادوکسی دارد که در سال 1852 توسط تامسون (لرد کلوین) فرموله شد و توسط او فرضیه مرگ حرارتی جهان نامیده شد. تحلیل دقیق این فرضیه توسط کلازیوس انجام شد که گسترش قانون افزایش آنتروپی به کل جهان را مشروع می دانست. در واقع، اگر جهان را به عنوان یک سیستم ترمودینامیکی منزوی از لحاظ آدیاباتیک در نظر بگیریم، با در نظر گرفتن سن بی نهایت آن، بر اساس قانون افزایش آنتروپی، می‌توان نتیجه گرفت که به حداکثر آنتروپی، یعنی حالت ترمودینامیکی رسیده است. تعادل اما این در جهان اطراف ما مشاهده نمی شود.

بخش 3. نظریه "مرگ گرمایی" کیهان.

مرگ حرارتی کیهان (T.S.V.) این است که تمام انواع انرژی در کیهان باید در نهایت به انرژی حرکت حرارتی تبدیل شود که به طور مساوی در سراسر ماده کیهان توزیع می شود و پس از آن تمام فرآیندهای ماکروسکوپی در آن متوقف می شوند. .

این نتیجه گیری توسط R. Clausius (1865) بر اساس قانون دوم ترمودینامیک فرموله شد. طبق قانون دوم، هر سیستم فیزیکی که انرژی را با سیستم های دیگر مبادله نمی کند (برای جهان به عنوان یک کل چنین تبادلی بدیهی است مستثنی شده است) به محتمل ترین حالت تعادل تمایل دارد - به اصطلاح حالت با حداکثر آنتروپی. ...، «تحلیلگران» (I و II) و غیره.؛ 3) ... قانونعمه اخراج شده (الف یانه - الف، یعنی. یاو به راستی، یا ... عینک" ... حرارتی مرگ کائنات. فنا ناپذیری ماده را نمی توان تنها به صورت کمی درک کرد. قوانین ... قوانینکپلر، قوانین ترمودینامیک, قوانین ...

مفاهیم فیزیک

چکیده >> فیزیک

هیدرواستاتیک ارشمیدس (III- II V. قبل از میلاد) ... قرن سیزدهم نکته ها، ولی... یااصول، که تعمیم نتایج مشاهدات و آزمایش های متعدد است. ب) آغاز اول ترمودینامیک (قانون... شکل گیری مفهوم" حرارتی مرگ" کائنات. جوهر آن ...

قانون دوم ترمودینامیک، مانند قانون اول، فرضیه ای است که با قرن ها تجربه بشری اثبات شده است. کشف این قانون با مطالعه موتورهای حرارتی تسهیل شد. دانشمند فرانسوی اس. کارنو اولین کسی بود که نشان داد (1824) هر موتور حرارتی باید علاوه بر یک منبع گرما (هیتر) و یک سیال عامل (بخار، گاز ایده آل و غیره) که یک چرخه ترمودینامیکی را انجام می دهد، یک یخچال نیز داشته باشد که باید دارای یک یخچال باشد. دمای کمتر از دمای بخاری

بهره وری η چنین موتور حرارتی در یک چرخه برگشت پذیر ( چرخه کارنو) به ماهیت سیال کاری که این چرخه را انجام می دهد بستگی ندارد، بلکه فقط با دمای بخاری تعیین می شود. تی 1 و یخچال تی 2:

جایی که س 1- مقدار گرمای وارد شده به سیال کار در دما تی 1 از بخاری؛ س 2- مقدار گرمایی که سیال عامل در دما می دهد تی 2 یخچال.

قانون دوم ترمودینامیک تعمیم اشتقاق کارنو به فرآیندهای ترمودینامیکی دلخواه در طبیعت است. چندین فرمول از این قانون شناخته شده است.

کلازیوس(1850) فرموله شد قانون دوم ترمودینامیکبنابراین: فرآیندی که در آن گرما به طور خود به خود از اجسام سردتر به اجسام گرمتر منتقل شود غیرممکن است.

دبلیو تامسون (کلوین)(1851) فرمول زیر را پیشنهاد کرد: ساختن یک ماشین دوره ای غیرممکن است که تمام فعالیت آن به انجام کارهای مکانیکی و خنک سازی متناظر مخزن کاهش یابد.

فرض تامسون را می توان به صورت زیر فرموله کرد: یک ماشین حرکت دائمی از نوع دوم غیرممکن است. دستگاه حرکت دائمی از نوع دوم دستگاهی است که بدون جبران، بطور دوره ای گرمای بدن را به طور کامل به کار تبدیل می کند (W. Ostwald).زیر جبران خسارت تغییر حالت سیال عامل یا انتقال بخشی از گرما از سیال عامل به اجسام دیگر و تغییر حالت ترمودینامیکی این اجسام در طی فرآیند دایره ای تبدیل گرما به کار را درک کنند.

قانون دوم ترمودینامیک بیان می کند که بدون جبران در یک فرآیند دایره ای، حتی یک ژول گرما را نمی توان به کار تبدیل کرد. کار کاملاً بدون هیچ گونه جبرانی به گرما تبدیل می شود. مورد دوم همانطور که قبلاً ذکر شد با فرآیند خود به خود اتلاف انرژی (استهلاک) همراه است.

قانون دوم ترمودینامیک عملکرد حالت سیستم را معرفی می کند که به طور کمی فرآیند اتلاف انرژی را مشخص می کند.. از این نظر، فرمول های فوق از قانون دوم ترمودینامیک معادل هستند، زیرا بر وجود توابع وضعیت سیستم - آنتروپی.

در حال حاضر قانون دوم ترمودینامیکبه صورت زیر فرموله شده است: یک تابع افزایشی از وضعیت سیستم S - آنتروپی وجود دارد که به صورت زیر به گرمای ورودی به سیستم و دمای سیستم مربوط می شود.:

برای برگشت پذیرفرآیندها؛ (3.2)

برای غیر قابل برگشتفرآیندها (3.3)

بدین ترتیب، در طی فرآیندهای برگشت پذیر در سیستم ایزوله آدیاباتیک، آنتروپی آن تغییر نمی کند (dS = 0), و طی فرآیندهای برگشت ناپذیر افزایش می یابد (dS > 0).

در مقابل انرژی داخلی، مقدار آنتروپی یک سیستم جدا شده به ماهیت فرآیندهای رخ داده در آن بستگی دارد: در طول آرامش، آنتروپی یک سیستم ایزوله باید افزایش یابد و به آن برسد حداکثر مقدار در حالت تعادل

به طور کلی قانون دوم ترمودینامیک برای یک سیستم ایزولهاینگونه نوشته شده است:

آنتروپی یک سیستم ایزوله یا در صورت وقوع فرآیندهای غیرقابل برگشت خود به خودی در آن افزایش می یابد یا ثابت می ماند. بنابراین قانون دوم ترمودینامیک نیز به این صورت تعریف می شود قانون آنتروپی غیر کاهشی در سیستم های ایزوله.

بنابراین قانون دوم ترمودینامیک می دهد معیاری برای فرآیندهای خود به خود در یک سیستم ایزوله. در چنین سیستمی فقط فرآیندهایی که با افزایش آنتروپی همراه هستند می توانند به طور خود به خودی رخ دهند. فرآیندهای خود به خود با برقراری تعادل در سیستم به پایان می رسد. این بدان معناست که در حالت تعادل آنتروپی یک سیستم ایزوله حداکثر است. با توجه به این معیار تعادل در یک سیستم ایزوله خواهد بود

اگر در این فرآیند شرکت کنید سیستم غیر ایزوله، آن برای ارزیابی برگشت ناپذیری (خود به خودی) فرآیند، لازم است تغییر در آنتروپی سیستم dS بدانیم. 1 و تغییر در آنتروپی محیط dS 2. اگر این را بپذیریم سیستم و محیط(اغلب به آنها "جهان" می گویند) یک سیستم ایزوله را تشکیل می دهند، پس شرط برگشت ناپذیری فرآیند خواهد بود

به این معنا که اگر کل تغییر آنتروپی سیستم و محیط بیش از صفر باشد، فرآیند برگشت ناپذیر خواهد بود..

محیط زیست مخزن عظیمی است. حجم و دمای آن در هنگام تبادل حرارت با سیستم تغییر نمی کند. بنابراین، برای محیط زیست می توانیم معادل سازی کنیم δQ = dUو مهم نیست که انتقال گرما به صورت برگشت پذیر یا برگشت ناپذیر اتفاق می افتد، زیرا δQ arr، و δQتقریباً برابر dUمحیط. بدین ترتیب، تغییر در آنتروپی محیط همیشه برابر است.

در فیزیک، از آنجایی که یک علم دقیق است، اکثر جزمات به صورت تجربی ثابت می شوند. قانون دوم ترمودینامیک که امروزه در هر مدرسه ای مورد مطالعه قرار می گیرد، به این صورت است. برگشت ناپذیری فرآیندهای حرارتی چیزی است که او در مورد آن صحبت می کند. شایان ذکر است که در مراحل اولیه مطالعه این تفسیر بسیار قابل درک است.

نماهای عمومی

اصل فیزیکی که جهت فرآیندهای مختلف را در سیستم های ترمودینامیکی محدود می کند، قانون دوم ترمودینامیک است. تعریف این اصطلاح در قرن نوزدهم ابتدا توسط رودولف کلازیس و سپس توسط ویلیام تامسون (لرد کلوین) شکل گرفت. مطابق دو اصل، نوعی ماشین حرکت دائمی از نوع دوم نمی تواند در جهان وجود داشته باشد. چنین تأسیساتی وجود ندارد و نخواهد بود که گرمای ناشی از همه چیزها، موجودات زنده و پدیده ها را به انرژی برای کار مداوم خود تبدیل کند. بر این اساس این قاعده استخراج شد که کارایی نمی تواند برابر با وحدت باشد. شما می توانید این را با عملکرد یک یخچال مقایسه کنید، که برای مثال دما برابر با صفر مطلق خواهد بود. در چنین شرایطی، تبادل حرارت دایره ای منتفی است.

فرمولاسیون توسط رودولف کلازیس

اولین کسی که قانون دوم ترمودینامیک را بیان کرد، R. Clausis، یک فیزیکدان عملی و ریاضیدان آلمانی بود. به گفته وی، یک فرآیند دایره ای که در آن نتیجه با انتقال گرما از جسمی با حرارت کمتر به جسم گرمتر حاصل می شود، غیرممکن است. به عبارت دیگر، دما، به طور کامل یا جزئی، می تواند آزادانه از یک جسم گرمتر به یک جسم سردتر حرکت کند، اما این فرآیند نمی تواند در جهت مخالف اتفاق بیفتد. این به وضوح فقدان چرخه‌گرایی، یک دور باطل را به ما نشان می‌دهد. چنین مفاهیمی برای ترمودینامیک غیرقابل قبول هستند. گرما به سادگی بین اجسام مبادله می شود و در نتیجه این اعمال انرژی اضافی تولید نمی شود.

اصل برگرفته از لرد کلوین

قانون دوم ترمودینامیک در آثار تامسون، فیزیکدان و مکانیک بریتانیایی، تعریف مشابهی دریافت کرد. از نظر تئوری، به نظر می رسد: "یک فرآیند چرخه ای، که تنها نتیجه آن می تواند کار با خنک کردن بدن یا مخزن گرم باشد، غیرممکن است." برای درک واضح تر این تفسیر، بیایید ماشین خاصی را تصور کنیم (مطابق با فرض ترمودینامیکی، نمی تواند وجود داشته باشد). این به طور دوره ای مخزن آب دائما داغ را خنک می کند و انرژی حرارتی را از آن دریافت می کند. با توجه به این انرژی، دستگاه بارهای مختلفی را مانند جرثقیل ساختمانی بلند می کند. در عین حال، موتور، نیروگاه یا سایر محتویات مکانیکی ندارد. از دیدگاه فیزیک تجربی، این غیر ممکن است.

چه مشترک؟

حال بیایید ببینیم که چگونه این دو تفسیر با هم ترکیب شده اند و قانون دوم ترمودینامیک اصولاً بر چه اساسی استوار است. آنتروپی همان اندازه گیری آشوب است که در فرآیند تبادل حرارت افزایش می یابد. این عنصر پیوند دهنده برای توصیف کلازیس و کلوین است. اما بیایید کمی به عقب برگردیم. قانون دوم ترمودینامیک بیان می کند که وقتی گرما مبادله می شود، انرژی کاهش می یابد (بنابراین به دست آوردن کار به هیچ وجه امکان پذیر نیست) اما در عین حال میزان هرج و مرج افزایش می یابد. این فرآیند برگشت ناپذیر است و اغلب خود به خود نامیده می شود. در ترمودینامیک، آنتروپی دائماً افزایش می یابد، اما تخریب آن غیرممکن است. به همین دلیل است که حتی 100 درصد انرژی که در هیچ بدنی وجود دارد را نمی توان به کار تبدیل کرد.

معیار هرج و مرج چیست؟

مفهوم آنتروپی اولین بار از زبان کلاوزیس شکل گرفت. برای تعیین اندازه گیری فرآیند برگشت ناپذیر اتلاف انرژی استفاده شد. این نوعی تفاوت بین انحراف روند واقعی از روند ایده آل بود. آنتروپی در سیستم های بسته، جایی که هر فرآیندی به صورت چرخه ای رخ می دهد، دارای یک مقدار ثابت است. اگر فرآیند برگشت ناپذیر باشد (که مستقیماً به ترمودینامیک مربوط می شود)، آنتروپی همیشه یک مقدار مثبت دارد. همچنین شایان ذکر است که معیار هرج و مرج کاملاً توسط تمام فرآیندهایی که در جهان رخ می دهد ایجاد می شود. با حجم و انرژی ثابت هر جسم یا مخزن، آنتروپی دائماً افزایش می یابد. اگر این شاخص ها به طور دوره ای تغییر کنند، اندازه گیری هرج و مرج می تواند به دلیل کار انجام شده کاهش یابد، اما تخریب کامل آن غیرممکن است. شایان ذکر است که آنتروپی جهان کاهش نمی یابد. یا طبیعی می ماند یا به طور غیرقابل برگشتی افزایش می یابد.

یک مثال خوب

قانون دوم ترمودینامیک را می توان با استفاده از یک مثال استاندارد که اغلب به دانش آموزان ارائه می شود توضیح داد. ما دو جسم با دمای متفاوت داریم. ماده‌ای که گرم‌تر شده است، گرمای خود را به ماده‌ای که حرارت کمتری دارد، می‌دهد تا زمانی که شاخص‌های دمای آن‌ها برابر شوند. در طی این فرآیند، آنتروپی اولین جسم گرمتر به میزان کمتری نسبت به جسم دوم سردتر کاهش می یابد. در نتیجه، چنین فرآیند خود به خودی یک آنتروپی از سیستم ایجاد می کند که شاخص آن بالاتر از مقدار کل آنتروپی های دو جسم در موقعیت اولیه خواهد بود. به عبارت دیگر، میزان هرج و مرج در سیستمی متشکل از دو ماده ناشی از تبادل گرما افزایش یافته است.

مرگ گرمایی کیهان

کلوزیس با انجام تحقیقات خود به این نتیجه رسید که صرف نظر از اینکه چقدر فضای باز به نظر ما می رسد (سیاره ما، قلمروهای فردی آن، مناطق آبی و غیره)، همه اینها در فضا قرار دارد. جهان به نوبه خود یک فضای بسته بزرگ است که در آن فرآیندهای ماکروسکوپی رخ می دهد. با توجه به این واقعیت که در یک سیستم بسته آنتروپی دائماً شاخص خود را افزایش می دهد، جهان ما به نقطه ای نزدیک می شود که به زودی معیار هرج و مرج در آن به مقدار بی نهایت خواهد رسید. این بدان معنی است که تمام فرآیندها به دلیل این واقعیت که انرژی خود را تخلیه می کند، به سادگی متوقف می شوند. این نقطه بحرانی که شاید در آینده به آن خواهیم رسید، مرگ گرمایی نام دارد. معلوم می شود که تمام اعمال ما (حرکت، راه رفتن، دویدن)، تمام پدیده هایی که در این سیاره رخ می دهد (وزش باد، سونامی، حرکات صفحات لیتوسفر) - همه اینها باعث افزایش غیرقابل برگشت آنتروپی و تخلیه انرژی می شود.

رد نظریه

انسان هنوز نمی تواند کل کیهان را قضاوت کند. ما فقط بخشی از دنیایی را که در آن زندگی می کنیم می بینیم و این گوشه را بررسی می کنیم و قوانین خاصی را اثبات می کنیم و ایده های خود را بر اساس آن شکل می دهیم. بنابراین، اولین رد احتمال مرگ گرمایی که بر اساس قانون دوم ترمودینامیک است، این است که جهان ممکن است یک سیستم بسته نباشد. به طور قطع مشخص است که 85 درصد فضا از پادماده تشکیل شده است که خواص آن برای کسی ناشناخته است. رد دوم این است که کیهان ما، حتی اگر بسته باشد، یک نوسان مداوم است. به دلیل نوسانات و تغییرات مختلف در اندازه، جرم، انرژی و شاخص های دما، آنتروپی افزایش نمی یابد (در کل، مقدار جهانی) و کاهش نمی یابد. در نتیجه، ما در حال حاضر در حالت تعادل ترمودینامیکی، یا به قول کلازیس، در حالت مرگ گرمایی هستیم.

بیایید آن را جمع بندی کنیم

قانون دوم ترمودینامیک با توسعه علوم دقیق پیوند ناگسستنی دارد. در طلوع پیشرفت علمی و فناوری کشف شد و شاید بتوان گفت نقطه شروعی برای کار بیشتر دانشمندان در زمینه های ریاضیات، فیزیک و نجوم شد. شایان ذکر است که ما همه اینها را صرفاً در شرایط زمینی تصور می کنیم. این احتمال وجود دارد که در محیط دیگری که میدان‌های گرانشی قدرت‌های متفاوتی دارند، ترمودینامیک بر اساس طرحی کاملاً متفاوت عمل کند.

شیمی فیزیک: یادداشت های سخنرانی Berezovchuk A V

5. فرآیندها. قانون دوم ترمودینامیک

قانون دوم ترمودینامیک، بر خلاف قانون اول ترمودینامیک، تمامی فرآیندهایی را که در طبیعت رخ می دهند، مطالعه می کند و این فرآیندها را می توان به صورت زیر طبقه بندی کرد.

فرآیندهایی وجود دارد خودبخودی، غیر خود به خودی، تعادلی، غیرتعادلی.

فرآیندهای خود به خود به دو دسته تقسیم می شوند برگشت پذیرو غیر قابل برگشتقانون دوم ترمودینامیک قانون جهت یک فرآیند در یک سیستم ایزوله (قانون رشد S) نامیده می شود. کلمه "آنتروپی" در سال 1865 ایجاد شد. R. Y. E. Clausius - "تروپ" از یونانی به معنای دگرگونی است. در سال 1909، پروفسور پی اورباخ ملکه همه توابع نامیده می شود انرژی درونی،آ اس – سایهاین ملکه آنتروپی- معیاری برای بی نظمی سیستم

فرآیندهای برگشت پذیر و غیر قابل برگشت

فرآیندهای برگشت ناپذیربدون هزینه کار رخ می دهد، تنها در یک جهت خود به خود رخ می دهد، این تغییرات در حالت در یک سیستم ایزوله است، زمانی که، زمانی که فرآیندها معکوس می شوند، ویژگی های کل سیستم تغییر می کند. این شامل:

1) هدایت حرارتی در یک اختلاف دمای محدود.

2) انبساط گاز در یک اختلاف فشار محدود.

3) انتشار در یک اختلاف غلظت محدود.

فرآیندهای برگشت پذیردر یک سیستم ایزوله، فرآیندهایی نامیده می شود که بدون هیچ تغییری در ویژگی های این سیستم، می توان آنها را معکوس کرد.

برگشت پذیر:فرآیندهای مکانیکی در سیستمی که اصطکاک وجود ندارد (سیال ایده آل، حرکت آن، نوسانات بدون میرا یک آونگ در خلاء، نوسانات الکترومغناطیسی بدون میرا و انتشار امواج الکترومغناطیسی در جایی که جذب وجود ندارد)، که می تواند به حالت اولیه بازگردد.

خود جوش- فرآیندهایی که خود به خود ادامه می دهند، هیچ کاری روی آنها خرج نمی شود، خودشان می توانند آن را تولید کنند (حرکت سنگ ها در کوه ها، سدیم با سرعت بالایی در امتداد سطح حرکت می کند، همانطور که هیدروژن آزاد می شود، بررسی کنید).

غیر خود به خودی

تعادل تقسیم می شود پایدار، ناپایدارو بي تفاوت.

1. اصل کلازیوس - انتقال گرما از جسمی که کمتر گرم می شود به جسم گرمتر نمی تواند وجود داشته باشد.

2. اصل تامسون - گرمای سردترین بدن نمی تواند منبع کار باشد.

قضیه کارنو-کلوزیوس:تمام ماشین‌های برگشت‌پذیر که یک چرخه کارنو را با استفاده از بخاری یکسان و یخچال یکسان انجام می‌دهند، صرف‌نظر از نوع سیال کار، کارایی یکسانی دارند.

Q 1 /T 1 -

Q 2 / T 2 -

Q 1 /T 1 = Q 2 /T 2 -

این چهارمین معادله قانون دوم ترمودینامیک است.اگر فرآیند بسته باشد، پس

در یک فرآیند برگشت ناپذیر:

این ششمین معادله قانون دوم ترمودینامیک یا معادله کلازیوس است، برای یک فرآیند برگشت پذیر برابر با صفر است، برای یک فرآیند برگشت ناپذیر کمتر از 0 است، اما گاهی اوقات می تواند بزرگتر از 0 باشد.

اس.

S = kلوگاریتم دبلیو

عمل معکوس لگاریتم است تقویت:

قانون اول ترمودینامیک با ثبات تابع تعیین می شود Uدر یک سیستم ایزوله اجازه دهید تابعی را پیدا کنیم که محتوای قانون دوم را بیان می کند، یعنی جهت یک طرفه فرآیندهایی که در یک سیستم ایزوله رخ می دهند. تغییر در تابع مورد نظر باید برای همه فرآیندهای واقعی، یعنی غیرقابل برگشتی که در سیستم های ایزوله رخ می دهند، علامت یکسانی داشته باشد. قانون دوم ترمودینامیک، همانطور که برای فرآیندهای برگشت ناپذیر غیر دایره ای اعمال می شود، باید با نابرابری بیان شود. بیایید چرخه کارنو را به یاد بیاوریم. از آنجایی که هر چرخه ای را می توان با تعداد بی نهایت زیادی از چرخه های کارنو بی نهایت کوچک جایگزین کرد، عبارت:

برای هر چرخه برگشت پذیر معتبر است. شمارش در هر بخش مبادله حرارت ابتدایی تی= const، متوجه می شویم که:

و برای کل چرخه

انرژی هلمهولتز پتانسیل ایزوکوریک-همدما

F = U – TS

اندازه ( V–TS) یک ویژگی سیستم است. نامیده می شود انرژی هلمهولتز. معرفی شد هلمهولتز در سال 1882

dF = dU – TdS – SdT،

U = F + TS،

dF = TdS – pdV – SdT،

F –دیفرانسیل کامل

افزایش حجم منجر به این واقعیت می شود که پتانسیل ایزوکوریک-همدما کاهش می یابد (آن "منهای" که قبل از ر).افزایش دما منجر به افکاهش می دهد.

?آبرابر است > ?آنابرابر

Q=?U+A،

A = Q -?تو،

A = T(S 2 – S 1) – (U 2 – U 1)،

A = F 1 - F 2 = -?اف،

آبرابر است = – ?F –

معنی فیزیکی پتانسیل ایزوکوریک-همدما

از دست دادن پتانسیل ایزوکوریک- همدما برابر با حداکثر کار انجام شده توسط سیستم در این فرآیند است. F –معیار جهت یک فرآیند خود به خود در سیستم منزوی. برای یک فرآیند خود به خود: AF T g< 0.

برای یک فرآیند غیر خود به خود: F T,V> 0. برای یک فرآیند تعادلی: ? F T,V= 0.

?F V,T? 0.

پتانسیل ایزوکوریک-ایزوترمال در فرآیندهای خود به خودی کاهش می یابد و هنگامی که به حداقل مقدار خود می رسد، حالت تعادل رخ می دهد (شکل 4).

برنج. 4

2- فرآیند غیر خود به خودی

3- فرآیند تعادل

پتانسیل ایزوباریک- همدما.

1) G (P، T= const)، انرژی گیبس

G = U – TS + PV = H – TS = F + PV،

?Q = dU - Pdv + A?،

?آ؟ = Q – dU – pdv،

?آ؟حداکثر = T(S 2 – S 1) – (U 2 – U 1) – p(V 2 – V 1)،

?آ؟حداکثر = (U 1 – TS 1 + PV 1) – (U 2 – TS 2 + PV 2) = G 1 – G 2 = –?جی،

U – TS + pV = G،

آ؟حداکثر = – ?جی.

کار فرآیند ایزوباریک-همدما برابر است با کاهش پتانسیل همسان-همدما - معنای فیزیکی این تابع.

2) تابع یک دیفرانسیل کامل، بدون ابهام، محدود، پیوسته است.

G = U - TS + pV،

dG = dU – TdS – SdT + pdv + vdp،

dG = TdS – pdV – TdS – SdT + pdv + vdp،

dG = –SdT + Vdp،

افزایش دما منجر به این واقعیت می شود که پتانسیل ایزوباریک-همدما از قبل کاهش می یابد اسعلامت منفی وجود دارد افزایش فشار منجر به این واقعیت می شود که پتانسیل ایزوباریک-همدما از قبل افزایش می یابد Vیک علامت مثبت وجود دارد؛

3) جیبه عنوان معیاری برای جهت گیری یک فرآیند در یک سیستم ایزوله.

برای یک فرآیند خود به خود: (؟ جی)پی، تی< 0. Для несамопроизвольного процесса: (?جی)پی، تی> 0. برای یک فرآیند تعادلی: (?ز) P,T = 0

?G (P, T) ? 0.

پتانسیل ایزوباریک- همدما در فرآیندهای خودبه خودی کاهش می یابد و زمانی که به حداقل خود می رسد، حالت تعادل رخ می دهد.

برنج. 5

که در آن 1 یک فرآیند خود به خودی است.

2- فرآیند تعادل

3- فرآیند غیر خود به خودی

آیا کار با هزینه انجام می شود؟ Uو اچ.

عوامل متقابلعامل آنتالپی نیروی جاذبه مولکول ها را مشخص می کند. عامل آنتروپی تمایل به جداسازی مولکول ها را مشخص می کند.

آنتالپی - نانرژی درونی - U.

H = U + PV،

dH = dU + pdv + vdp،

U = TS - PV،

dU = TdS - SdT + pdV + Vdp،

dH = –pdV + pdV + Vdp; U = TdS + VdP.

برنج. 6

که در آن 1 یک فرآیند خود به خودی است،

2- فرآیند غیر خود به خودی

3- فرآیند تعادل

(dH)P,T 0،

(گرد و خاک ؟ 0.

معادلات گیبز–هلمهولتز – معادلات کار حداکثر.

آنها به ما اجازه می دهند بین حداکثر کار یک فرآیند تعادلی و گرمای یک فرآیند غیرتعادلی ارتباط برقرار کنیم.

معادله هلمهولتز (معادله اتصال توابع افو جی

معادله گیبس (توابع مربوط به معادله افو جیبا مشتقات دمایی آنها).

معادله کلازیوس-کلاپیرون

این اجازه می دهد تا قانون دوم ترمودینامیک را برای انتقال فاز اعمال کنیم. اگر فرآیندهایی را محاسبه کنیم که در آنها فقط کار انبساط انجام می شود، آنگاه تغییر در انرژی داخلی است

U 2 – U 1 = T(S 2 – S 1) – P(V 2 – V 1)،

(U 1 - TS 1 + PV 1) = (U 2 - TS 2 + PV 2)،

G 1 = G 2 -تحت شرایط تعادل

فرض کنید 1 مول از یک ماده از فاز اول به فاز دوم می گذرد.

فاز I => dG 1 = V 1 dp – S 1 dT.

فاز دوم => dG 2 = V 2 dp - S 2 dT،در حالت تعادل dG 2 – dG 1 = 0

dG 2 - dG 1 = dp (V 2 - V 1) - dT (S 2 - S1) -

تعادل مشروط وجود ندارد،

جایی که dP/dT –ضریب فشار دما،

جایی که ? fp - گرمای انتقال فاز.

معادله کلازیوس-کلاپیرون، شکل دیفرانسیل معادله.

این معادله رابطه بین گرمای انتقال فاز، فشار، دما و تغییر حجم مولی را ایجاد می کند.

شکل تجربی معادله کلازیوس-کلاپیرون

برنج. 7

برنج. 8

معادله کلازیوس-کلاپیرون انتقال فاز را مطالعه می کند. انتقال فاز می تواند مرتبه اول و مرتبه دوم باشد.

نوع I - با برابری پتانسیل های همسان و تغییرات ناگهانی مشخص می شود اسو V.

نوع II - با برابری پتانسیل های ایزوباریک، برابری آنتروپی ها و برابری حجم های مولی مشخص می شود.

من مهربانم – ? جی= 0, ?اس? 0, ?V? 0.

نوع دوم - ? جی= 0, ?اس= 0, ?V= 0.

مجموع جبری گرمای کاهش یافته برای هر فرآیند دایره ای برگشت پذیر برابر با صفر است.

این انتگرال دیفرانسیل تابع حالت یکتا است. این ویژگی جدید معرفی شده است کلازیوس در سال 1865 و آنتروپی نامیده شد - اس(از یونانی "تحول").

هر سیستمی در حالتی متفاوت دارای مقدار آنتروپی کاملاً مشخص و منحصر به فرد است، درست مانند یک مقدار معین و منحصر به فرد. P، V، Tو سایر خواص

بنابراین، آنتروپی با معادله بیان می شود:

جایی که S –تابع حالتی است که تغییر آن dSвفرآیند همدما برگشت پذیر انتقال گرما به کمیت سبرابر با کاهش گرمای فرآیند است.

با متغیرهای مستقل U(انرژی داخلی) را می توان نشان داد U VN و V(حجم)، یا آر(فشار) و ن(آنتالپی). آنتروپی یک تابع مشخصه است. توابع مشخصه، توابعی از وضعیت یک سیستم هستند که هر یک از آنها با استفاده از مشتقات خود، بیان صریح سایر خصوصیات ترمودینامیکی سیستم را ممکن می سازد. به یاد بیاوریم که در ترمودینامیک شیمیایی پنج مورد از آنها وجود دارد:

1) پتانسیل ایزوباریک همدما (انرژی گیبس) با متغیرهای مستقل تی، آرو تعداد مول های هر جزء و.;

2) پتانسیل ایزوکوریک-ایزوترمال (انرژی هلمهولتز) با متغیرهای مستقل T، V، n i;

3) انرژی داخلی با متغیرهای مستقل: S، V، n i;

4) آنتالپی با متغیرهای مستقل: S، P، n i;

5) آنتروپی با متغیرهای مستقل N، P، n i. .

در سیستم های ایزوله (Uو V= const) در طی فرآیندهای برگشت ناپذیر، آنتروپی سیستم افزایش می یابد، dS> 0; با برگشت پذیر - تغییر نمی کند، dS = 0.

رابطه بین آنتروپی و سایر پارامترهای ترمودینامیکی

برای حل یک مشکل خاص مربوط به استفاده از آنتروپی، لازم است بین آن و سایر پارامترهای ترمودینامیکی رابطه برقرار شود. معادله dS =?Q/Tدر ترکیب با؟ Q = dU + PdVو Q = dH - VdPمعادلات را می دهد:

dU = TdS - PdV،

dH = TdS + VdP.

با نوشتن معادله:

در رابطه با وابستگی عملکردی ?(T، V، S) = 0، دریافت می کنیم

حالا بیایید وابستگی آنتروپی به دما را از معادلات پیدا کنیم:

اینها وابستگی ها هستند:

این دو معادله عملا مهمترین موارد خاص رابطه عمومی هستند:

TdS = CdT.

با استفاده از وابستگی های مختلف، می توان معادلات دیگری را در رابطه با پارامترهای ترمودینامیکی استخراج کرد.

خود جوش- فرآیندهایی که خود به خود ادامه می‌دهند، هیچ کاری روی آنها خرج نمی‌شود، خودشان می‌توانند آن را تولید کنند (حرکت سنگ‌ها در کوه‌ها، سدیم با آزاد شدن هیدروژن با سرعت زیاد در امتداد سطح حرکت می‌کند)، و پتاسیم به معنای واقعی کلمه "پرش" می‌کند. آب.

غیر خود به خودی- فرآیندهایی که نمی توانند خود به خود پیش بروند؛ کار روی آنها صرف می شود.

تعادل به پایدار، ناپایدار و بی تفاوت تقسیم می شود.

مبانی قانون دوم ترمودینامیک.

1. فرض کلازیوس: «نمی‌توان گرما را از جسمی که حرارت کمتری دارد به جسمی گرم‌تر منتقل کرد.»

2. فرض تامسون - "گرمای سردترین بدن نمی تواند منبع کار باشد."

قضیه کارنو کلازیوس:تمام ماشین‌های برگشت‌پذیری که چرخه کارنو را با استفاده از بخاری و یخچال یکسان انجام می‌دهند، صرف‌نظر از نوع سیال کار، کارایی یکسانی دارند.

عبارات تحلیلی قانون دوم ترمودینامیک.

1. معادله کلاسیک قانون دوم ترمودینامیک

جایی که Q / T -کاهش گرما؛

Q 1 /T 1 -بخاری گرما را کاهش می دهد.

Q 2 / T 2 -کاهش گرمای یخچال؛

Q 1 / T 1 = Q 2 / T 2 -برابری گرمای کاهش یافته بخاری و یخچال. این دومین معادله ترمودینامیک است.

اگر آدیابات ها را به چرخه های کارنو زیادی تقسیم کنیم، به دست می آوریم

این سومین معادله قانون دوم ترمودینامیک برای سیکل بی نهایت کوچک کارنو است.

اگر فرآیند محدود است، پس

این چهارمین معادله قانون دوم ترمودینامیک است

اگر فرآیند بسته شود، پس

این معادله پنجم قانون دوم ترمودینامیک برای یک فرآیند برگشت پذیر است.

انتگرال روی یک حلقه بسته انتگرال Clausius است.

در یک فرآیند برگشت ناپذیر:

معادله ششم قانون دوم ترمودینامیک یا معادله کلازیوس برای یک فرآیند برگشت پذیر برابر با صفر است، برای یک فرآیند برگشت ناپذیر کمتر از 0 است، اما گاهی اوقات می تواند بزرگتر از 0 باشد.

این معادله هفتم قانون دوم ترمودینامیک است. قانون دوم ترمودینامیک - قانون رشد اس.

S = kلوگاریتم دبلیو

S = kلوگاریتم W -

این فرمول بولتزمن است،

جایی که S –آنتروپی - درجه بی نظمی سیستم؛

k–ثابت بولتزمن؛

W -احتمال ترمودینامیکی سیستمی از حالت‌های کلان

احتمال ترمودینامیکی- تعداد ریز حالتهای یک سیستم معین که با کمک آنها می توان یک حالت کلان معین از سیستم را بدست آورد. (P، T، V).

اگر W= 1، سپس S= 0، در دمای صفر مطلق -273 درجه سانتیگراد همه انواع حرکات متوقف می شوند.

احتمال ترمودینامیکیتعداد راه هایی است که اتم ها و مولکول ها می توانند در یک حجم توزیع شوند.

برگرفته از کتاب فیزیک پزشکی نویسنده پودکلزینا ورا الکساندرونا

25. قانون دوم ترمودینامیک. آنتروپی چندین فرمول از قانون دوم ترمودینامیک وجود دارد: گرما به خودی خود نمی تواند از جسمی با دمای پایین تر به جسمی با دمای بالاتر حرکت کند (فرمول کلازیوس)، یا ماشین حرکت دائمی غیرممکن است.

برگرفته از کتاب شیمی فیزیک: نکات سخنرانی نویسنده Berezovchuk A V

29. فرآیندهای فیزیکی در غشاهای بیولوژیکی غشاهای بیولوژیکی بخش مهمی از سلول هستند. آنها سلول را از محیط جدا می کنند، از آن در برابر تأثیرات مضر خارجی محافظت می کنند، متابولیسم بین سلول و محیط آن را کنترل می کنند و باعث ارتقاء می شوند.

برگرفته از کتاب جدیدترین کتاب حقایق. جلد 3 [فیزیک، شیمی و فناوری. تاریخ و باستان شناسی. متفرقه] نویسنده کوندراشوف آناتولی پاولوویچ

3. قانون اول ترمودینامیک. ضرایب کالری رابطه بین توابع CP و Cv بیانیه های قانون اول ترمودینامیک.1. کل عرضه انرژی در یک سیستم ایزوله ثابت می ماند.2. اشکال مختلف انرژی به طور کاملاً معادل به یکدیگر تبدیل می شوند

برگرفته از کتاب انرژی هسته ای برای مقاصد نظامی نویسنده اسمیت هنری دیولف

2. فرآیندهای الکترود فرآیندهای الکترودی فرآیندهایی هستند که با انتقال بارها در سراسر مرز بین الکترود و محلول مرتبط هستند. فرآیندهای کاتدی با کاهش مولکول ها یا یون های واکنش دهنده همراه هستند، فرآیندهای آندی با اکسیداسیون واکنش دهنده و با

از کتاب درس تاریخ فیزیک نویسنده استپانوویچ کودریاوتسف پاول

3. فرآیندهای کاتدی و آندی در آبکاری فرآیندهای اصلی در آبکاری عبارتند از کاهش و احیا. در An - کاهش، جایی که An - آند الکترولیز H2O: واکنش های کاتدی آخرین واکنش با آزاد شدن ادامه می یابد.

از کتاب تاریخچه لیزر نویسنده برتولوتی ماریو

4. فرآیندهای تصادفی و سیستم های خود سازماندهی فرآیندهای تصادفی و سیستم های خودسازمانده موضوع مطالعه سینرژتیک الکتروشیمیایی هستند. چنین فرآیندهایی در همه زمینه ها اتفاق می افتد: انتقال از روند آرام به آشفته،

برگرفته از کتاب ماشین حرکت دائمی - قبل و اکنون. از مدینه فاضله به علم، از علم به مدینه فاضله نویسنده برودیانسکی ویکتور میخائیلوویچ

سخنرانی شماره 15. قانون سوم ترمودینامیک مفهوم میل ترکیبی شیمیایی. مشخص است که بسیاری از مواد به آسانی و سریع با یکدیگر واکنش می دهند، مواد دیگر به سختی واکنش می دهند و برخی دیگر واکنش نشان نمی دهند. بر این اساس فرض شد که بین مواد وجود دارد

از کتاب 4. سینتیک. حرارت. صدا نویسنده فاینمن ریچارد فیلیپس

از کتاب مکانیک از دوران باستان تا امروز نویسنده گریگوریان آشوت تیگرانوویچ

فرآیندهای آبشاری و ترکیبی 9.32. همه روش‌های آماری جداسازی ایزوتوپ‌ها نیازمند چندین مرحله جداسازی متوالی برای به دست آوردن ماده‌ای حاوی 90 درصد یا بیشتر U-235 یا دوتریوم هستند. اگر جریان به طور مداوم از یک مرحله به

از کتاب نویسنده

ظهور و توسعه ترمودینامیک. Carnot If در قرن 18. در فیزیک (به استثنای مکانیک) آزمایش غالب بود، به طوری که فیزیک به عنوان علم "در مورد هر چیزی که از طریق آزمایش می توان شناخت" تعریف شد، سپس در قرن 19. تصویر شروع به تغییر می کند فیزیک تجربی

از کتاب نویسنده

قانون دوم ترمودینامیک پیشرفت مهندسی حرارتی نه تنها کشف قانون بقا و تبدیل انرژی را تحریک کرد، بلکه مطالعه نظری پدیده های حرارتی را نیز به جلو برد. مفاهیم اساسی روشن شد، بدیهیات نظریه گرما ایجاد شد،

از کتاب نویسنده

دومین لیزر حالت جامد در سپتامبر 1959، تاونز کنفرانسی را با عنوان "الکترونیک کوانتومی - پدیده های تشدید" ترتیب داد که در آن، اگرچه لیزر هنوز ایجاد نشده بود، بیشتر بحث های غیررسمی بر لیزر متمرکز بود. پیتر در این کنفرانس شرکت کرد.

از کتاب نویسنده

فصل سه. ایده ppm-2 و قانون دوم ترمودینامیک کسی که اصول را با تمام کامل و قوام منطقی درک نکند، نه تنها در سرش سردرگمی است، بلکه در امور خود نیز مزخرف است. N.G.

از کتاب نویسنده

از کتاب نویسنده

فصل 45 مثال هایی از ترمودینامیک § 1. انرژی داخلی § 2. کاربردها § 3. معادله کلازیوس-کلیپرون § 1. انرژی داخلی هنگامی که باید از ترمودینامیک برای تجارت استفاده کنید، معلوم می شود که موضوع بسیار دشوار و پیچیده ای است. در این کتاب، اما، ما این کار را نمی کنیم

از کتاب نویسنده

IX مکانیک در روسیه در نیمه دوم قرن نوزدهم - اوایل XX



قانون اول ترمودینامیک، قانون بقای انرژی است که در فرآیندهای ترمودینامیکی اعمال می‌شود: انرژی در هیچ جا ناپدید نمی‌شود و از هیچ به وجود نمی‌آید، بلکه فقط در مقادیر معادل از نوعی به نوع دیگر منتقل می‌شود. یک مثال می تواند انتقال گرما باشد (انرژی حرارتی)به انرژی مکانیکی و بالعکس.

اگر مقدار معینی گرما dQ به M کیلوگرم گازی که حجم V (m 3) را در دمای T با فشار ثابت اشغال می کند اضافه شود، در نتیجه دمای گاز dT و حجم آن dV افزایش می یابد. افزایش دما با افزایش انرژی جنبشی حرکت مولکولی dK همراه است.
افزایش حجم با افزایش فاصله بین مولکول ها و در نتیجه کاهش انرژی پتانسیل dH برهمکنش بین آنها همراه است. علاوه بر این، گاز با افزایش حجم خود، dA را برای غلبه بر نیروهای خارجی انجام می دهد.
اگر علاوه بر موارد ذکر شده، هیچ فرآیند دیگری در سیال کار رخ ندهد، بر اساس قانون بقای انرژی، می‌توانیم بنویسیم:

dQ = dK + dH + dA.

مجموع dK + dH نشان دهنده تغییر در انرژی داخلی dU مولکول های سیستم در نتیجه تامین گرما است.
سپس فرمول بقای انرژی برای یک فرآیند ترمودینامیکی را می توان به صورت زیر نوشت:

dQ = dU + dA یا dQ = dU + pdV.

این معادله یک عبارت ریاضی است قانون اول ترمودینامیک: مقدار گرمای dQ عرضه شده به سیستم گازی صرف تغییر انرژی داخلی آن dU و انجام کار خارجی dA می شود..

به طور معمول، اعتقاد بر این است که وقتی dQ > 0 گرما به سیال کار منتقل می شود، و زمانی که dQ< 0 теплота отнимается от тела. При dA >0 سیستم کار می کند (گاز منبسط می شود)، و در dA< 0 работа совершается над системой (газ сжимается) .

برای یک گاز ایده آل، که بین مولکول های آن هیچ برهمکنشی وجود ندارد، تغییر انرژی داخلی dU کاملاً با تغییر انرژی جنبشی حرکت تعیین می شود. (یعنی افزایش سرعت مولکول ها)، و تغییر در حجم کار گاز برای غلبه بر نیروهای خارجی را مشخص می کند.

قانون اول ترمودینامیک فرمول دیگری دارد: انرژی یک سیستم ترمودینامیکی ایزوله بدون توجه به اینکه چه فرآیندهایی در آن رخ می دهد، بدون تغییر باقی می ماند.
ساختن یک ماشین حرکت دائمی از نوع اول غیرممکن است، یعنی ماشینی که به صورت دوره ای کار می کند که بدون صرف انرژی کار را انجام دهد.



قانون دوم ترمودینامیک

قانون اول ترمودینامیک روابط کمی بین پارامترهای یک سیستم ترمودینامیکی را که در فرآیندهای تبدیل انرژی حرارتی به انرژی مکانیکی و بالعکس اتفاق می‌افتد، توصیف می‌کند، اما شرایطی را ایجاد نمی‌کند که تحت آن این فرآیندها ممکن است. این شرایط لازم برای تبدیل یک نوع انرژی به نوع دیگر توسط قانون دوم ترمودینامیک آشکار می شود.

این قانون چند صورت بندی دارد و هر کدام از آنها محتوای معنایی یکسانی دارند. در اینجا متداول ترین فرمول های قانون دوم ترمودینامیک ذکر شده است.

1. برای تبدیل گرما به کار مکانیکی باید منبع گرما و یخچالی داشت که دمای آن کمتر از دمای منبع باشد یعنی اختلاف دما لازم باشد.

2. اجرای یک موتور حرارتی غیرممکن است که تنها نتیجه آن تبدیل گرمای هر جسمی به کار باشد بدون اینکه مقداری از گرما به اجسام دیگر منتقل شود.
از این فرمول‌بندی می‌توان نتیجه گرفت که ساختن یک ماشین حرکت دائمی که فقط به لطف یک منبع گرما کار می‌کند غیرممکن است، زیرا هیچ منبع گرمایی حتی عظیم‌الجثه‌ای به شکل جسم مادی قادر به ارسال بیشتر نیست. انرژی حرارتی نسبت به آنتالپی اجازه می دهد (بخشی از کل انرژی یک جسم که می تواند با سرد کردن بدن تا دمای صفر مطلق به گرما تبدیل شود).

3. گرما به خودی خود نمی تواند از جسمی که حرارت کمتری دارد به جسمی که گرمتر می شود بدون صرف کار خارجی حرکت کند.

همانطور که می بینید، قانون دوم ترمودینامیک مبتنی بر محتوای فرمولی نیست، بلکه فقط شرایطی را توصیف می کند که تحت آن پدیده ها و فرآیندهای ترمودینامیکی خاصی امکان پذیر است و در واقع قانون کلی بقای انرژی را تأیید می کند.