Энерги хэрхэн үүсдэг, нэг хэлбэрээс нөгөө хэлбэрт хэрхэн хувирдаг, хаалттай системд энерги юу болдог вэ? Эдгээр бүх асуултыг термодинамикийн хуулиудын дагуу хариулж болно. Термодинамикийн хоёрдугаар хуулийг өнөөдөр илүү дэлгэрэнгүй авч үзэх болно.
Өдөр тутмын амьдралын хууль
Хууль нь өдөр тутмын амьдралыг зохицуулдаг. Замын хуулинд бол зогсоолын тэмдэг дээр зогсох ёстой гэж заасан байдаг. Засгийн газар цалингийнхаа тодорхой хэсгийг муж болон холбооны засгийн газарт өгөхийг шаарддаг. Шинжлэх ухааныг ч өдөр тутмын амьдралд хэрэглэж болно. Жишээлбэл, таталцлын хууль нь нисэх гэж оролдсон хүмүүсийн хувьд маш муу үр дүнг урьдчилан таамаглаж байна. Өдөр тутмын амьдралд нөлөөлдөг шинжлэх ухааны хуулиудын өөр нэг багц бол термодинамикийн хуулиуд юм. Тиймээс эдгээр нь өдөр тутмын амьдралд хэрхэн нөлөөлж байгааг харах зарим жишээг энд оруулав.
Термодинамикийн анхны хууль
Термодинамикийн 1-р хууль нь энергийг үүсгэх эсвэл устгах боломжгүй, харин нэг хэлбэрээс нөгөө хэлбэрт шилжиж болно гэж заасан байдаг. Үүнийг заримдаа энерги хадгалагдах хууль гэж нэрлэдэг. Тэгэхээр яаж байнаөдөр тутмын амьдралд хамаарах уу? Жишээ нь одоо ашиглаж байгаа компьютерээ авч үзье. Энэ нь эрчим хүчээр тэжээгддэг, гэхдээ энэ энерги хаанаас ирдэг вэ? Термодинамикийн 1-р хууль нь энэ энерги агаараас гарч болохгүй, тиймээс хаа нэгтээгээс ирсэн гэдгийг бидэнд хэлдэг.
Та энэ энергийг ажиглаж болно. Компьютер нь цахилгаанаар ажилладаг, гэхдээ цахилгаан хаанаас гардаг вэ? Энэ нь цахилгаан станц эсвэл усан цахилгаан станцаас. Хэрэв бид хоёр дахь гэж үзвэл энэ нь голын урсгалыг саатуулдаг далантай холбоотой байх болно. Гол нь кинетик энергитэй холбоотой байдаг бөгөөд энэ нь гол урсаж байна гэсэн үг юм. Далан нь энэхүү кинетик энергийг боломжит энерги болгон хувиргадаг.
Усан цахилгаан станц хэрхэн ажилладаг вэ? Турбиныг эргүүлэхэд ус ашигладаг. Турбин эргэх үед генераторыг ажиллуулдаг бөгөөд энэ нь цахилгаан үүсгэдэг. Энэ цахилгааныг цахилгаан станцаас гэр рүүгээ бүхэлд нь утсаар холбож болох тул цахилгааны утсыг цахилгааны залгуурт залгахад цахилгаан таны компьютерт орж ажиллах боломжтой.
Энд юу болсон бэ? Голын устай кинетик энергитэй холбоотой тодорхой хэмжээний энерги аль хэдийн байсан. Дараа нь энэ нь боломжит энерги болж хувирав. Дараа нь далан тэр боломжит энергийг авч, цахилгаан болгон хувиргаснаар таны гэрт орж, компьютерийг тань тэжээх болно.
Термодинамикийн 2-р хууль
Энэ хуулийг судалснаар энерги хэрхэн ажилладаг, яагаад бүх зүйл тийшээ хөдөлж байгааг ойлгох болноболзошгүй эмх замбараагүй байдал, эмх замбараагүй байдал. Термодинамикийн хоёр дахь хуулийг энтропийн хууль гэж бас нэрлэдэг. Орчлон ертөнц хэрхэн үүссэнийг та бодож байсан уу? Их тэсрэлтийн онолын дагуу бүх зүйл төрөхөөс өмнө асар их энерги нэг дор цуглардаг байсан. Орчлон ертөнц Их тэсрэлтийн дараа үүссэн. Энэ бүхэн сайн, гэхдээ ямар энерги байсан бэ? Цаг хугацааны эхэн үед орчлон ертөнцийн бүх энерги харьцангуй жижиг нэг газарт агуулагдаж байсан. Энэхүү эрчимтэй концентраци нь боломжит энерги гэж нэрлэгддэг асар их хэмжээг илэрхийлдэг. Цаг хугацаа өнгөрөхөд энэ нь манай орчлон ертөнцийн өргөн уудам даяар тархсан.
Бага хэмжээгээр авч үзвэл далан дахь усны нөөц нь боломжит энергийг агуулж байдаг, учир нь түүний байршил нь далангийн дундуур урсах боломжийг олгодог. Аль ч тохиолдолд хуримтлагдсан энерги нь суллагдсаны дараа тархаж, ямар ч хүчин чармайлтгүйгээр үүнийг хийдэг. Өөрөөр хэлбэл, боломжит энерги ялгарах нь нэмэлт эх үүсвэр шаардахгүйгээр аяндаа явагддаг үйл явц юм. Эрчим хүч хуваарилагдахын хэрээр зарим нь ашигтай энерги болж хувирч, зарим ажлыг гүйцэтгэдэг. Үлдсэн хэсэг нь ашиглах боломжгүй болж хувирдаг бөгөөд үүнийг энгийнээр дулаан гэж нэрлэдэг.
Орчлон ертөнц тэлэхийн хэрээр ашиглах боломжтой энерги багассаар байна. Ашиг багатай бол бага ажил хийх боломжтой. Ус нь далангаар урсдаг тул бас ашигтай энерги багатай байдаг. Цаг хугацааны явцад ашиглах боломжтой эрчим хүчний бууралт энтропи гэж нэрлэгддэг энтропи гэж нэрлэдэгсистемд ашиглагдаагүй энергийн хэмжээ бөгөөд систем нь зөвхөн бүхэл бүтэн зүйлийг бүрдүүлдэг объектуудын цуглуулга юм.
Энтропи нь зохион байгуулалтгүй байгууллагын санамсаргүй байдал, эмх замбараагүй байдлын хэмжээ гэж бас хэлж болно. Ашиглах боломжтой эрчим хүч цаг хугацааны явцад багасах тусам эмх замбараагүй байдал, эмх замбараагүй байдал нэмэгддэг. Тиймээс хуримтлагдсан потенциал энерги ялгарахад энэ бүхэн ашигтай энерги болж хувирдаггүй. Бүх системүүд цаг хугацааны явцад энтропийн өсөлтийг мэдэрдэг. Үүнийг ойлгох нь маш чухал бөгөөд энэ үзэгдлийг термодинамикийн хоёр дахь хууль гэж нэрлэдэг.
Энтропи: боломж эсвэл согог
Таны таамаглаж байсанчлан хоёр дахь хууль нь эрчим хүч хадгалагдах хууль гэж нэрлэгддэг эхний хуулийг дагаж мөрдөж, энергийг үүсгэх боломжгүй, устгах боломжгүй гэж заасан байдаг. Өөрөөр хэлбэл, орчлон ертөнц эсвэл аливаа систем дэх энергийн хэмжээ тогтмол байдаг. Термодинамикийн хоёрдахь хуулийг энтропийн хууль гэж нэрлэдэг бөгөөд цаг хугацаа өнгөрөх тусам энерги нь ашиггүй болж, чанар нь цаг хугацааны явцад буурдаг гэж үздэг. Энтропи гэдэг нь системд тохиолдох санамсаргүй байдал эсвэл согогийн зэрэг юм. Хэрэв систем маш эмх замбараагүй бол том энтропитэй байна. Хэрэв системд олон алдаа байгаа бол энтропи бага байна.
Энгийн үгээр хэлбэл, термодинамикийн 2-р хууль нь системийн энтропи цаг хугацааны явцад буурч болохгүй гэж заасан байдаг. Энэ нь байгальд аливаа зүйл эмх цэгцтэй байдлаас эмх замбараагүй байдал руу шилждэг гэсэн үг юм. Мөн энэ нь эргэлт буцалтгүй юм. Систем хэзээ чөөрөө илүү эмх цэгцтэй болно. Өөрөөр хэлбэл байгальд системийн энтропи үргэлж нэмэгддэг. Үүнийг бодох нэг арга бол таны гэр юм. Хэрэв та үүнийг хэзээ ч цэвэрлэж, тоос соруулахгүй бол тун удахгүй танд аймшигтай эмх замбараагүй байдал үүсэх болно. Энтропи нэмэгдсэн! Үүнийг багасгахын тулд тоос сорогч, гадаргууг тоос шорооноос цэвэрлэхийн тулд шүүр ашиглах эрчим хүчийг ашиглах шаардлагатай. Гэр өөрөө цэвэрлэхгүй.
Термодинамикийн 2-р хууль гэж юу вэ? Энгийн үгээр томъёололд энерги нь нэг хэлбэрээс нөгөө хэлбэрт шилжихэд бодис чөлөөтэй хөдөлдөг, эсвэл хаалттай систем дэх энтропи (эмх замбараагүй байдал) нэмэгддэг гэж хэлдэг. Температур, даралт, нягтын ялгаа нь цаг хугацааны явцад хэвтээ байдлаар тэгшлэх хандлагатай байдаг. Таталцлын улмаас нягтрал ба даралт нь босоо чиглэлд тэнцүүлэхгүй. Доод талын нягт ба даралт нь дээд хэсгээс илүү байх болно. Энтропи гэдэг нь матер, энерги нь хүрэх боломжтой газар бүрт тархах хэмжүүр юм. Термодинамикийн хоёр дахь хуулийн хамгийн түгээмэл томъёолол нь Рудольф Клаусиустай холбоотой бөгөөд тэрээр:
Бага температуртай биеэс өндөр температуртай биед дулаан дамжуулахаас өөр нөлөө үзүүлэхгүй төхөөрөмж бүтээх боломжгүй.
Өөрөөр хэлбэл бүх зүйл цаг хугацааны явцад ижил температурыг хадгалахыг хичээдэг. Термодинамикийн 2-р хуулийн өөр өөр нэр томъёог ашигладаг олон томъёолол байдаг боловч бүгд ижил утгатай. Клаузиусын өөр нэг мэдэгдэл:
Халуун нь өөрөө тийм бишханиаднаас илүү халуун бие рүү шилжих.
Хоёр дахь хууль нь зөвхөн том системд хамаарна. Энэ нь ямар ч энерги, бодис байхгүй системийн төлөв байдалд хамаатай. Систем том байх тусам хоёр дахь хууль гарах магадлал өндөр байна.
Хуулийн өөр нэг найруулга:
Нийт энтропи нь аяндаа үүсэх процесст үргэлж нэмэгддэг.
Процессын явцад ΔS энтропийн өсөлт нь системд шилжүүлсэн Q дулааны хэмжээ нь дулаан дамжих T температуртай харьцуулсан харьцаатай тэнцүү буюу давах ёстой. Термодинамикийн хоёрдугаар хуулийн томьёо:
Термодинамик систем
Ерөнхий утгаараа термодинамикийн 2-р хуулийг энгийн үгээр томъёолоход бие биентэйгээ харьцаж байгаа системүүдийн температурын зөрүү тэнцүүлэх хандлагатай байдаг бөгөөд эдгээр тэнцвэрийн бус ялгаанаас ажлыг олж авч болно гэж заасан байдаг. Гэхдээ энэ тохиолдолд дулааны энерги алдагдаж, энтропи нэмэгддэг. Тусгаарлагдсан систем дэх даралт, нягтрал, температурын зөрүү нь боломж олговол тэнцүүлэх хандлагатай байдаг; нягт ба даралт, гэхдээ температур биш, таталцлаас хамаардаг. Дулааны машин нь хоёр биеийн температурын зөрүүгээс болж ашигтай ажил хийдэг механик төхөөрөмж юм.
Термодинамик систем нь эргэн тойрондоо харилцан үйлчилж, энерги солилцдог систем юм. Солилцоо, шилжүүлэг дор хаяж хоёр аргаар явагдах ёстой. Нэг арга зам бол дулаан дамжуулах явдал юм. Хэрвээтермодинамик систем нь "тэнцвэрт байгаа" бөгөөд энэ нь хүрээлэн буй орчинтой харьцахгүйгээр төлөв байдал, статусаа өөрчилж чадахгүй. Энгийнээр хэлбэл, хэрэв та тэнцвэртэй байвал та "аз жаргалтай систем" гэсэн үг юм, та юу ч хийж чадахгүй. Хэрэв та ямар нэгэн зүйл хийхийг хүсч байвал гадаад ертөнцтэй харилцах ёстой.
Термодинамикийн хоёр дахь хууль: үйл явцын эргэлт буцалтгүй байдал
Дулааныг бүрэн ажил болгон хувиргах циклийн (давтан) процесс байх боломжгүй. Ажлыг ашиглахгүйгээр дулааныг хүйтэн зүйлээс дулаан зүйл рүү шилжүүлдэг процесс байх боломжгүй юм. Урвалын зарим энерги үргэлж дулаанд алдагддаг. Мөн систем нь бүх энергийг ажлын энерги болгон хувиргаж чадахгүй. Хуулийн хоёр дахь хэсэг нь илүү ойлгомжтой.
Хүйтэн бие дулаан биеийг халааж чадахгүй. Дулаан нь дулаан газраас сэрүүн газар руу урсах хандлагатай байдаг. Хэрэв дулаан сэрүүнээс дулаан болвол энэ нь "байгалийн" зүйлтэй зөрчилддөг тул систем үүнийг бий болгохын тулд зарим ажил хийх шаардлагатай болдог. Байгаль дахь үйл явцын эргэлт буцалтгүй байдал нь термодинамикийн хоёр дахь хууль юм. Энэ нь магадгүй бүх шинжлэх ухааны хамгийн алдартай (наад зах нь эрдэмтдийн дунд) бөгөөд чухал хууль юм. Түүний жоруудын нэг:
Орчлон ертөнцийн энтропи хамгийн их хандлагатай байдаг.
Өөрөөр хэлбэл энтропи нэг бол хэвээрээ байх юм уу томрох юм бол Орчлон ертөнцийн энтропи хэзээ ч буурч чадахгүй. Асуудал нь үргэлж ийм байдагзөв. Хэрэв та нэг шил үнэртэй ус аваад өрөөнд цацвал удалгүй анхилуун атомууд орон зайг бүхэлд нь дүүргэх бөгөөд энэ үйл явц нь эргэлт буцалтгүй болно.
Термодинамик дахь хамаарал
Термодинамикийн хуулиуд нь дулааны энерги буюу дулаан болон бусад энергийн хоорондын хамаарал, энерги нь бодист хэрхэн нөлөөлдөгийг тодорхойлдог. Термодинамикийн эхний хууль нь энергийг үүсгэх эсвэл устгах боломжгүй гэж заасан; орчлон ертөнцийн нийт энергийн хэмжээ өөрчлөгдөөгүй хэвээр байна. Термодинамикийн хоёр дахь хууль нь энергийн чанарын тухай юм. Энэ нь эрчим хүчийг шилжүүлэх эсвэл хувиргах тусам ашиглах боломжтой эрчим хүч улам бүр алдагддаг гэж заасан. Хоёрдахь хуульд мөн аливаа тусгаарлагдсан систем улам эмх замбараагүй болох байгалийн хандлагатай гэж заасан байдаг.
Тодорхой газар эмх цэгц ихэссэн ч бүхэл бүтэн систем, тэр дундаа хүрээлэн буй орчныг харгалзан үзэхэд энтропи үргэлж нэмэгддэг. Өөр нэг жишээнд, усыг ууршуулах үед давсны уусмалаас талстууд үүсч болно. Талстууд нь уусмал дахь давсны молекулуудаас илүү эмх цэгцтэй байдаг; харин ууршсан ус нь шингэн уснаас хамаагүй илүү эмх замбараагүй байдаг. Процессыг бүхэлд нь авч үзвэл эмх замбараагүй байдал цэвэр өснө.
Ажил ба эрч хүч
Хоёрдугаар хуульд дулааны энергийг 100 хувийн үр ашигтайгаар механик энерги болгон хувиргах боломжгүй гэж тайлбарласан. -ээр жишээ өгч болномашинаар. Поршеныг жолоодохын тулд хийн даралтыг нэмэгдүүлэхийн тулд хийн халаах процессын дараа хийд үргэлж ямар нэгэн нэмэлт ажил гүйцэтгэх боломжгүй дулаан үлддэг. Энэ хаягдал дулааныг радиатор руу шилжүүлэх замаар зайлуулах ёстой. Машины хөдөлгүүрийн хувьд энэ нь ашигласан түлш, агаарын хольцыг агаар мандалд гаргаж авах замаар хийгддэг.
Үүнээс гадна хөдөлгөөнт эд анги бүхий аливаа төхөөрөмж нь механик энергийг дулаан болгон хувиргах үрэлтийг үүсгэдэг бөгөөд энэ нь ихэвчлэн ашиглах боломжгүй байдаг тул радиатор руу шилжүүлэх замаар системээс зайлуулах шаардлагатай байдаг. Халуун бие, хүйтэн бие бие биетэйгээ холбогдох үед дулааны тэнцвэрт байдалд хүрэх хүртэл дулааны энерги нь халуун биеэс хүйтэн бие рүү урсах болно. Гэсэн хэдий ч дулаан нь хэзээ ч эсрэгээрээ эргэж ирэхгүй; хоёр биеийн температурын зөрүү хэзээ ч аяндаа нэмэгдэхгүй. Дулааныг хүйтэн биеэс халуун бие рүү шилжүүлэхийн тулд дулааны насос гэх мэт гадны эрчим хүчний эх үүсвэрээр ажиллах шаардлагатай.
Орчлон ертөнцийн хувь заяа
Хоёр дахь хууль нь мөн ертөнцийн төгсгөлийг зөгнөдөг. Энэ бол эмх замбараагүй байдлын хамгийн дээд түвшин бөгөөд хэрэв хаа сайгүй дулааны тэнцвэрт байдал тогтмол байвал ямар ч ажил хийх боломжгүй бөгөөд бүх энерги атом, молекулуудын санамсаргүй хөдөлгөөн болж дуусна. Орчин үеийн мэдээллээс үзэхэд Метагалакси нь өргөжиж буй суурин бус систем бөгөөд орчлон ертөнцийн дулааны үхлийн тухай ярих боломжгүй юм. халуун үхэлбүх процесс зогсох дулааны тэнцвэрийн төлөв юм.
Термодинамикийн 2-р хууль зөвхөн хаалттай системд хамаарах тул энэ байрлал буруу байна. Мөн та бүхний мэдэж байгаагаар орчлон ертөнц хязгааргүй юм. Гэсэн хэдий ч "Орчлон ертөнцийн халуун үхэл" гэдэг нэр томъёог заримдаа Орчлон ертөнцийн ирээдүйн хөгжлийн хувилбарыг илэрхийлэхэд ашигладаг бөгөөд үүний дагуу энэ нь тархсан хүйтэн тоос болон хувирах хүртлээ сансар огторгуйн харанхуйд хязгааргүй үргэлжлэх болно..
