E timpul să ne ocupăm de al doilea postulat fundamental al termodinamicii, care este a doua lege a termodinamicii. Al doilea principiu nu este demonstrat în cadrul termodinamicii clasice. Formulările sale sunt rezultatul generalizării experimentelor, observațiilor și experimentelor. Vă spun despre asta pe scurt și în mod clar.
Într-un articol anterior despre termodinamică am vorbit despre sisteme termodinamice constând dintr-un număr mare de particule. Așa-numitele funcții de stat sunt folosite pentru a descrie astfel de sisteme.
Funcția de stare termodinamică (sau potențialul termodinamic) este o funcție care depinde de mai mulți parametri independenți care determină starea sistemului. Pentru a face mai clară, dăm un exemplu. Una dintre funcțiile stării sistemului este energia sa internă. Nu depinde de modul în care sistemul sa dovedit a fi în această stare
Un alt concept pe care trebuie să-l cunoașteți este entropia. Pentru a înțelege a doua lege a termodinamicii, entropia este foarte importantă. Și este, de asemenea, un cuvânt frumos, pe care mulți l-au pus pe un stupor și care poate fi strălucit în companie.
În cel mai general caz, entropia este o măsură a aleatorie a unui anumit sistem
Un exemplu simplu. imaginați-vă că aveți o cutie cu șosete. Dacă toate șosetele din cutie sunt împrăștiate și se află alternativ și una câte una, entropia unui astfel de sistem este maximă. Și dacă șosetele sunt colectate în perechi și se află minunat într-un rând - este minim.
În termodinamică, entropia este o funcție a stării unui sistem termodinamic care determină măsura disipării ireversibile a energiei. Ce înseamnă asta? Aceasta înseamnă că o parte din energia internă a sistemului nu poate intra în lucrarea mecanică efectuată de sistem. De exemplu, procesul de transformare a căldurii în lucrări mecanice este întotdeauna însoțit de pierderi, ca urmare a căldurii transformate în alte tipuri de energie.
Entropia în procesele termodinamice ireversibile crește, în timp ce pentru procesele reversibile ea rămâne constantă. Reprezentarea matematică a entropiei (S):
Aici, delta Q este cantitatea de căldură furnizată sau retrasă din sistem, T este temperatura sistemului, dS este schimbarea entropiei.
Există mai multe formulări diferite ale celei de-a doua lege a termodinamicii, și aici este una dintre ele:
Entropia unui sistem închis crește pentru orice proces ireversibil din acest sistem
Deoarece suntem interesați să înțelegem esența lucrurilor, vom da o definiție mai simplă:
Un proces este imposibil, singurul rezultat al căruia este transferul de energie sub formă de căldură de la un corp rece la un corp fierbinte
Apropo, această formulare a celei de-a doua legi a termodinamicii aparține lui Rudolf Clausius, care a introdus noțiunea de entropie.
Un proces este imposibil, singurul rezultat al căruia este transferul de energie sub formă de căldură de la un corp rece la un corp fierbinte
Și din nou mașina de mișcare perpetuă
După dezamăgirea cu ideea motorului etern de primul fel, oamenii nu se gândiseră nici măcar să renunțe. După ceva timp, a fost inventată o mașină de mișcare perpetuă de al doilea tip, a cărei lucrare sa bazat pe transferul de căldură și nu a încălcat legea conservării energiei. Un astfel de motor transformă toată căldura primită de la corpurile înconjurătoare în muncă. De exemplu, deoarece implementarea sa trebuia prin răcirea oceanului pentru a obține o cantitate mare de căldură. Dar, din fericire, înainte de răcirea oceanului și de înghețarea peștilor, nu sa întâmplat. această idee contrazice al doilea început al dinamicii. Eficiența oricărei mașini nu poate fi egală cu unitatea, la fel cum căldura nu poate fi transformată în muncă complet. Deci, indiferent cât de tare încerci, o mașină de mișcare perpetuă de al doilea tip nu poate fi creată, ca o mașină de mișcare perpetuă de primul fel.
Moartea termică a universului
După introducerea conceptului de entropie de către Rudolph Clausius în 1865, au apărut o mulțime de controverse, speculații și teorii asociate acestui concept. Una dintre ele este ipoteza morții termale a universului. formulată de Clausius însuși pe baza celei de-a doua legi a termodinamicii.
Rudolph Clausius (1822-1888)
Această teorie, formulată de Clausius afirmă că universul, ca orice sistem închis tinde la o stare de echilibru termodinamic, caracterizat prin entropie maximă și absența completă a proceselor macroscopice, care, la rândul său, tot sensul familiar pentru noi conceptul de timp. Potrivit lui Clausius: "Energia lumii rămâne constantă. Entropia lumii se străduiește maxim. " Acest lucru înseamnă că, atunci când universul va intra în starea de echilibru termodinamic, toate procesele încetează și lumea aruncat într-o stare de „moarte de căldură“. Temperatura în orice punct al universului va fi aceeași, nu vor mai exista motive care să provoace nici un fel de procese.
Veți dori: Care sunt șansele de a intra în buget: numărul de puncte, de universitate, de specialitate
Conceptul de deces termic al universului din trecutul recent a fost destul de larg răspândit și a făcut obiectul unor discuții active. (. 1932) Deci, în cartea Blugi «Universul din jurul nostru» pot fi găsite pe următoarele linii moartea termică a universului, „Universul nu poate exista pentru totdeauna; mai devreme sau mai târziu trebuie să vină un moment în care ea a fost ultima ERG de energie pentru a ajunge la cel mai înalt nivel pe scara care se încadrează de utilitate, moment în care viața activă a universului ar trebui să se oprească ".
Undeva în Univers
În derivarea teoriei sale, Clausius a recurs în argumentele sale la următoarele extrapolări (aproximări):
- Universul este privit ca un sistem închis.
- Evoluția lumii poate fi descrisă ca o schimbare a stărilor sale.
Un fapt interesant. argumentele despre moartea căldurii au permis bisericii să spună că din punct de vedere științific (inclusiv, datorită teoriei lui Clausius) se găsesc premisele care indică existența lui Dumnezeu. Deci, în 1952, la o reuniune a „Pontificale Academia de Științe,“ Papa Pius al 12-a spus în discursul său: „Legea entropiei, un aer liber Rudolf Clausius, ne-a dat încredere că procesele naturale spontane sunt întotdeauna asociate cu o pierdere-free, care poate fi utilizat de energie din care rezultă că într-un sistem de materiale închise aceste procese încetează să mai existe la scară macroscopică. Această tristă necesitate ... mărturisește elocvent existența Ființei Necesare ".
Refuzarea teoriei morții termice a universului
După cum sa menționat mai sus, Clausius, în derivarea teoriei sale, au fost folosite anumite extrapolări. Astăzi, în ciuda unor dificultăți, putem spune cu încredere că astfel de concluzii nu sunt științifice. Faptul este că există anumite limite ale aplicabilității celei de-a doua legi a termodinamicii: cea inferioară și superioară. Astfel, cea de-a doua lege a termodinamicii nu poate fi aplicată descrierii microsistemelor, ale căror dimensiuni sunt comparabile cu dimensiunile moleculelor și pentru macro-sistemele constând dintr-un număr infinit de particule, adică pentru univers ca un întreg.
A doua lege a termodinamicii nu se aplică universului ca sistem închis
De fapt, primul om de știință care a stabilit natura statistică a doua lege a termodinamicii și moartea termică a universului să se opună așa-numita teorie a ipotezei de fluctuație a fost un fizician-materialist restante Boltzmann. Există o formulă Boltzmann care face posibilă interpretarea statistică a celei de-a doua lege a termodinamicii
Aici, S - entropia sistemului, k - constanta Boltzmann, P - probabilitatea termodinamică a statului, determină numărul de sisteme microscopice, fiind potrivite acestui macrostări. Conform formulei Boltzmann,
Aceasta înseamnă că probabilitatea termodinamică a stării unui sistem izolat pentru toate procesele care apar în el nu poate scădea. Cu toate acestea, din moment ce pentru sisteme constând dintr-un număr infinit de particule, toate statele vor fi la fel de probabile. relația de mai sus nu se aplică universului. În astfel de sisteme, există fluctuații semnificative (fluctuație - o deviere a valorii reale a unei variabile din valoarea sa medie), care reprezintă o abatere de la a doua lege a termodinamicii. Potrivit lui Boltzmann, starea echilibrului termodinamic este doar cea mai frecventă și cea mai probabilă; În plus, fluctuațiile arbitrar mari pot apărea spontan în sistemul de echilibru. Aceasta este, în univers, fiind în echilibru termodinamic, fluctuații apar frecvent, cu o astfel de fluctuație este o zonă de spațiu în care ne aflăm.
Ludwig Boltzmann (1844-1906)
Abordarea modernă respinge cu siguranță teoria morții termice a universului. Având în vedere vasta vârsta universului și faptul că nu este într-o stare de moarte de căldură, putem concluziona că au loc procesele de univers care împiedică creșterea entropiei, adică, procese cu entropie negativă. Cu toate acestea, Boltzmann concluzia că universul este dominat de starea de echilibru termodinamic, tot mai mult, contrar materialul experimental astronomiei în creștere. Materia are o capacitate de a nu-și pierde energia și a transforma anumite forme de mișcare în altele. De exemplu, procesul de formare de stele împrăștiate materia supusă anumitor legi și nu poate fi redusă doar la fluctuațiile aleatorii în distribuția de energie în univers.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: