Termodinâmica independente seção de ciências físicas surgiu na primeira metade do século XIX. Do estouro da era da máquina. A revolução industrial exigiu a estudar e compreender os processos relacionados com o funcionamento de motores a diesel. No alvorecer da máquina era inventores solitários podem dar ao luxo de usar apenas a intuição e ão método de spear". Não foi o público da ordem da descoberta e da invenção, ninguém mesmo na cabeça não pôde vir, que eles podem ser úteis. Mas quando térmica (e um pouco mais tarde e elétricos) as máquinas tornaram-se a base de produção, a situação mudou. Os cientistas finalmente gradualmente resolvido com a confusão terminológica, praticada até meados do século XIX, depois de decidirmos o que chamar de energia, que força, que o impulso.
Vamos Começar com conhecidos informações. Pela termodinâmica clássica baseia-se em vários постулатах (voluntário), de forma consistente вводившихся durante o século XIX. Ou seja, estas disposições não são доказуемыми. Eles foram formuladas como resultado de generalização dos dados empíricos.
O Primeiro começou a – é a aplicação da lei de conservação de energia para a descrição do comportamento macroscópico dos sistemas (constituído por um grande número de partículas). Brevemente, pode ser formulado como: estoque de energia interna isolada termodinâmico do sistema permanece sempre constante.
O Significado da segunda partida da termodinâmica é determinar a direção em que ocorrem os processos em tais sistemas.
A Terceira início para determinar este valor, como a entropia. Considere mais informações.
A Formulação de segunda partida da termodinâmica foi oferecido em 1850 Rudolf Клаузиусом: "não é Possível самопроизвольный transferência de calor de menos aquecido do corpo mais нагретому". Quando o fizer, Клаузиус ressaltou o mérito Sady Carnot, ainda em 1824, estabeleceu que a quota de energia que pode ser transformada em trabalho de máquina de calor, depende somente da diferença de temperatura do aquecedor e refrigerador.
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Ao desenvolver a segunda partida da termodinâmica Клаузиус introduz o conceito de entropia - medida de quantidade de energia, que é irreversível entra em forma, непригодную para tratamento no trabalho. Клаузиус expressa em um valor que é a fórmula dS = dQ/T, onde o dS, que determina a mudança de entropia. Está aqui:
DQ - revisão de calor;
T í temperatura absoluta (a que é medida em кельвинах).
Um exemplo Simples: потрогайте capô do seu carro, quando o motor. Ele claramente mais quente do meio ambiente. Mas, afinal, o motor do carro não foi projetado para aquecer a capa ou a água no radiador. Convertendo a energia química da gasolina em calor e, em seguida, em mecânica, ele realiza um trabalho útil – gira um eixo. Mas a maior parte do calor produzido é perdida, assim como nenhum trabalho útil a partir dele não é possível extrair, e o que saiu de um tubo de escape, não há nenhuma maneira de gasolina não é. Quando a energia térmica perdida, mas não desaparece e dispersa (диссипирует). Quente capô, é claro, esfria, e a cada ciclo de cilindros no motor novamente adiciona-lhe o calor. Portanto, o sistema tende a atingir termodinâmico de equilíbrio.
Клаузиус tirou o princípio geral para a segunda partida da termodinâmica na fórmula dS ≥ 0. O significado físico pode ser definido como "неубывание" entropia: processos reversíveis ela não muda, irreversível - aumenta.
Observe que todos os processos reais são irreversíveis. O termo "неубывание» apenas reflete o fato de que na consideração do fenômeno está ligada também é teoricamente possível a versão idealizada. Ou seja, a quantidade disponível de energia em qualquer самопроизвольном processo aumenta.
Max Planck fez grandes contribuições para o desenvolvimento da termodinâmica. Além do trabalho sobre a interpretação estatística do segundo princípio, ele aceitou participar ativamente da постулировании terceira início da termodinâmica. A primeira formulação pertence Вальтеру Нернсту e refere-se a 1906. O teorema Нернста examina o comportamento de equilíbrio do sistema, quando a temperatura tende ao zero absoluto. A primeira e a segunda o início da termodinâmica, não dão descobrir qual será a entropia em termos.
Quando T = 0 K, a energia é igual a zero, o sistema de partículas deixam de caótico térmica de movimento e de formar uma estrutura ordenada, de cristal com termodinâmico probabilidade igual a um. Significa, a entropia também chama a zero (abaixo de nós aprendemos, por que isso acontece). Na realidade, ele mesmo faz isso um pouco antes, segue-se que o resfriamento a partir de qualquer termodinâmico do sistema, qualquer corpo até o zero absoluto é impossível. A temperatura será arbitrariamente chegarão a esse ponto, mas não chegará a ela.
Клаузиус resume e formulou a primeira e a segunda o início da termodinâmica assim: cheia de energia de qualquer sistema fechado sempre constante e a entropia total aumenta com o passar do tempo.
A Primeira parte dessa afirmação impõe a proibição perpétuo de primeira espécie de – o dispositivo que realiza um trabalho sem o fluxo de energia de uma fonte externa. Segundaparte proíbe e perpétuo de segunda espécie. Este tipo de máquina voltava seria a energia do sistema em funcionamento sem энтропийной do pagamento, sem violar a lei da conservação. Poderia desviar o calor do equilíbrio do sistema, por exemplo, fritar ovos mexidos ou derramamento de aço devido à energia de movimento térmico das moléculas de água, refrigerando-o quando o assunto.
A Segunda e a terceira o início da termodinâmica proíbe perpétuo de segunda espécie.
Infelizmente, na natureza, nada pode ser não apenas um dom, deve a comissão a pagar.
Há Poucas na ciência de conceitos, que provocaram um tanto ambíguos emoções não só o público em geral, mas no ambiente de acadêmicos, o quanto tive que por uma fração de entropia. Física, e em primeiro lugar o próprio Клаузиус, quase que imediatamente экстраполировали lei неубывания primeiro no Chão e, em seguida, e em todo o Universo (e por que não, de fato, também pode ser considerado um termodinâmico do sistema). Finalmente uma grandeza física, é um elemento importante de cálculos em muitas aplicações técnicas, tornou-se a ser percebidos como a encarnação de um Mal universais, уничтожающего clara e gentil do mundo.
Em um ambiente cientistas têm esses pontos de vista: uma vez que, de acordo com a segunda topo da termodinâmica, a entropia sempre cresce, mais cedo ou mais tarde, toda a energia do Universo degrada de forma dispersa, e chegará ão calor morte". O que há de alegrar-se? Клаузиус, por exemplo, há alguns anos, não hesitou em publicar suas conclusões. É claro, a hipótese ão calor da morte" imediatamente causou uma variedade de acusações. Sérias dúvidas quanto à sua exatidão é agora.
Em 1867, James Maxwell, um dos autores de peso molecular teoria cinética de gases, muito visual (mesmo que fictícia) experimento demonstrou o aparente paradoxo da segunda partida da termodinâmica. Breve experiência pode enunciar da seguinte forma.
Deixe uma bilha de gás. As moléculas nele se movem de forma aleatória, a velocidade de alguns variam, mas a média de energia cinética é a mesma em todo o vaso. Agora, vamos dividir o vaso de divisória em duas peças isoladas. A velocidade média das moléculas em ambas as metades da embarcação permanecerá a mesma. Divisória dogging pequeno daemon que permite a mais rápida, a "quenteç as moléculas de penetrar em uma parte, e mais lento ão frio" - outra. Como resultado, na primeira metade do gás se aquece, a segunda – ter arrefecido, ou seja, a partir de um estado de equilíbrio termodinâmico, o sistema entrará à diferença de temperatura potencial, o que significa uma redução de entropia.
O problema é que no experimento, o sistema faz essa transição não é espontânea. Ela fica de fora a energia, através da qual se abre e se fecha divisória, ou o sistema com a necessidade de inclui-demônio, затрачивающего a sua energia para a execução das responsabilidades de gatekeeper. O aumento de entropia de um demônio com um excesso de cobrirá uma redução na faixa de gaza.
Pegue um copo com água e deixá-lo sobre a mesa. Observar um copo não é necessário, basta depois de algum tempo voltar e verificar o estado da água. Veremos que o número diminuiu. Se deixar um copo por muito tempo, ele geralmente não aparecem de água, assim como toda ela evapore. No início do processo de todas as moléculas de água estavam em uma limitada paredes de um copo de área de espaço. No final do experimento, eles se espalharam por toda a sala. No valor de divisão de moléculas muito mais oportunidades de mudar a sua localização, sem qualquer tipo de consequências para o estado do sistema. Não podemos montá-los em soldadas "coletivo" e conduzir de volta no copo, para que também com benefícios para a saúde de beber a água.
Isto significa que o sistema evoluiu para o estado com a mais alta entropia. Vindo da segunda partida da termodinâmica, a entropia, ou o processo de dispersão de partículas do sistema (neste caso, as moléculas de água) é irreversível. Por que é assim?
Клаузиус não respondeu a esta pergunta, sim, e ninguém mais poderia fazê-lo antes de Ludwig Boltzmann.
Em 1872, este cientista introduziu na ciência estatística a interpretação da segunda partida da termodinâmica. Afinal macroscópicos do sistema, com quem tem um caso de termodinâmica, formadas por um grande número de itens, o comportamento de que obedece a leis estatísticas.
Voltar às moléculas de água. Caóticos voando pela sala, eles podem ocupar posições diferentes, ter algumas diferenças nas velocidades (moléculas são constantemente confrontados uns com os outros e com outras partículas no ar). Cada opção do estado do sistema de moléculas é chamada de микросостоянием, e tais opções em enorme quantidade. Quando a execução de uma grande maioria de opções макросостояние o sistema não vai mudar nada.
A Famosa relação S = k lnW associa o número de possíveis maneiras em que você pode expressar um certo макросостояние termodinâmico do sistema (W), com a sua entropia S. o Valor de W é chamado de termodinâmico probabilidade. A aparência final com essa fórmula deu para Max Planck.O fator k – extremamente pequeno valor (1,38×10−23 J/A), характеризующую a relação entre a energia e a temperatura de Planck chamou a constante de Boltzmann em homenagem ao cientista que propôs a estatística de interpretação da segunda partida da termodinâmica.
Claro que W – é sempre um número natural de 1, 2, 3,…N (não é fracionários métodos). Então o logaritmo de W, e, portanto, a entropia, não podem ser negativos. Quando a única possível para o sistema de микросостоянии a entropia torna-se igual a zero. Se voltarmos ao nosso copo, este princípio pode ser resumido: as moléculas de água, aleatoriamente, correndo pela sala, de volta no copo. Cada exatamente repetiu o seu caminho e levou o copo mesmo lugar em que estava antes de voar. Nada impede que a implementação dessa opção, em que a entropia é igual a zero. É só esperar o exercício de tal infimamente pequena a probabilidade de que não vale a pena. Este é um dos exemplos do que você pode realizar apenas teoricamente.
Assim, as moléculas de forma aleatória voam pela sala de maneiras diferentes. Não há padrões em sua localização, não há ordem no sistema, não importa como és opções микросостояний, não traçou nenhuma coerente, estrutura. Em um copo foi a mesma coisa, mas devido a limitações de espaço molécula mudou a sua posição não é tão ativa.
Caótico, неупорядоченное o estado do sistema como o mais provável corresponde a sua máxima entropia. Água no copo é um exemplo de mais низкоэнтропийного estado. A transição para ele a partir do uniformemente distribuídos em sala de caos quase não pode funcionar.
Apresentamos mais compreensível para todos nós, a exemplo de limpeza desordem na casa. Para colocar tudo no lugar, nós também precisam gastar energia. No processo, torna-se quente (ou seja, nós não мерзнем). Acontece que, a entropia pode trazer benefícios. É isso mesmo. Pode-se mesmo dizer mais: a entropia, e através dela a segunda o início da termodinâmica (juntamente com a energia) que governam o Universo. Dê uma olhada novamente no reversível processos. Assim, parecia que seria o mundo, se não entropia: não há desenvolvimento, há de galáxias, estrelas, planetas. Sem vida...
Ainda de um pouco de informação sobre ão calor da morte". Há boas notícias. Porque, de acordo com a teoria estatística, çproibidos» processos, na verdade, são improváveis, termodinamicamente de equilíbrio do sistema ocorrem flutuações – espontâneas de violação de segunda partida da termodinâmica. Eles podem ser arbitrariamente grandes. Quando você habilita a gravidade, em термодинамическую sistema de distribuição de partículas já não será caóticas-uniforme, mas um estado de máxima entropia não será alcançado. Além disso, o Universo não é imutável, permanente, fixa. Portanto, a própria questão sobre ão calor da morte" é desprovida de sentido.
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Alin Trodden - autor do artigo, editor
"Olá, sou o Alin Trodden. Escrevo textos, leio livros e procuro impressões. E eu não sou ruim em falar sobre isso. Estou sempre feliz em participar de projetos interessantes."
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