Перший і другий початок термодинаміки

Перш ніж розглянути перше та друге початок термодинаміки, необхідно визначитися, що саме розуміють під терміном «термодинаміка». В даному випадку слово говорить сама за себе: в ньому неважко визначити два інших - «термо» і «динаміка». При перекладі з грецького виходить «тепло, температура» і «сила, рух, зміна». Іншими словами, термодинаміка являє собою один з розділів фізики, вивчає особливості перетворення теплоти в інші форми енергії і навпаки. При цьому тепловий рух об`єктів мікросвіту (атоми, молекули, частинки) не включене в згаданий розділ і вивчається в інших областях науки. Термодинаміка ж має справу з цілими макросистемами, для яких характерний обсяг, тиск і ін.

Дана наука ґрунтується на деяких базових особливостях (нульове, перше, друге початок термодинаміки), прийнятих за постулати. Вони були визначені експериментально і підтверджені теоретичними розрахунками. Взаємозв`язок між ними лише непряма, так як безпосередньо висновок одного початку із іншого виконати неможливо.

Відео: термодинаміка

Існує чотири початку - з нульового по третє. Зазначимо сенс кожного з них. Нульовий початок термодинаміки стверджує, що будь-яка система прагне до термодинамічної рівноваги, тому при зникненні зовнішнього впливу врешті-решт постає баланс. У ньому ізольована система може перебувати необмежений час.

Одне з основних - це перший початок термодинаміки. Вперше було сформульовано ще в 19 столітті. Фактично являє собою закон збереження енергії стосовно тим, що відбувається в макросистемах термодинамічних процесів. До речі, часто саме за допомогою цього постулату заперечується можливість існування вічного двигуна, так як для здійснення роботи необхідно ззовні повідомляти системі додаткову енергію. Згідно з ним, в замкнутій ізольованій системі значення енергії завжди залишається незмінним.

Відео: Крах креаціонізму. ч.1. Другий закон термодинаміки

Другий закон термодинаміки знайоме кожному з дитинства. Згідно з ним, теплова енергія може природним чином передаватися тільки в одному напрямку - від більш нагрітого тіла до менш нагрітого. Приміром, саме тому взимку на вулиці здається холодно, так як температура навколишнього середовища нижче, ніж у тіла людини, що і викликає тепловіддачу. Другий закон термодинаміки є одним з найвідоміших. Одне з його наслідків говорить про те, що вся внутрішня енергія системи не може бути повністю перетворена в корисну роботу. Що цікаво, другий початок термодинаміки математично довести. Шляхом постановки безлічі дослідів була виведена дана закономірність, згодом прийнята за аксіому.

Відео: другий початок

Що є одним з аспектів, що характеризують друге начало термодинаміки? Ентропія! Даний термін в перекладі з грецького означає «перетворення». Ентропія характерна для будь-якої термодинамічної системи і є функцією стану. Загалом можна вважати, що ентропія вказує на прагнення будь-якої системи до невпорядкованості. Р.Клаузиус, який запропонував цей термін для термодинамічних процесів, як пояснення навів приклад з замерзає водою: уявімо воду, що знаходиться в рідкому стані на кордоні нуля градусів за Цельсієм. Варто їй повідомити порцію зовнішньої енергії для підтримання порушення рівноваги, як рідина переходить в твердий стан (лід). При цьому завдяки внутрішньому зміни структури виділяється частина енергії. В даному випадку мова йде про оборотному процесі. відповідно, зміна ентропії є відношенням загальної кількості теплової енергії до абсолютним значенням температури. Один з наслідків вказує, що в замкнутих системах без зовнішнього впливу значення ентропії зростає.