İkinci başlangıç termodinamiğin tanımı, anlamı, tarihçesi

Termodinamik bağımsız bölüm fizik bilimi kökenli XIX yüzyılın birinci yarısında. Patlama çağı makineleri. Sanayi devrimi talep, incelemek ve anlamak süreci, işleyişi ile ilgili ısı motorları. Şafak makine çağı, mucitler tek göze olabilir sadece sezgi ve «yöntem mızrak». Olmadı toplu sipariş keşifler ve buluşlar, kimsenin aklına bile gelemedi, onlar yararlı olabilir. Ama ne zaman ısı (ve biraz daha sonra ve elektrik) makine çelik temel üretim, durum değişti. Bilim adamları son olarak, yavaş yavaş, şu terminolojik kafa karışıklıkları, baskın çıkmıştı XIX yüzyılın ortalarında, kararlı, ne diyeceğini enerji, kuvvet, ivme.

Bu önermeleri termodinamik

Öncelikle, iyi bilinen bir bilgi. Klasik termodinamik dayalı birkaç önermeleri (gönüllü), sürekli вводившихся boyunca, XIX. yüzyıl. Yani bu hükümler değildir доказуемыми onun bir parçası olarak. Onlar formüle edildi sonuç olarak genelleme ampirik veri.

İlk başlangıç – bu uygulama yasası enerjinin korunumu açıklaması davranış makroskopik sistemleri (oluşan büyük partikül sayısı). Kısaca onu formüle edilebilir: stok iç enerji izole termodinamik sistem her zaman sabit kalır.

Anlam ikinci bir başlangıç termodinamik tanımlamaktır yön yaşanıyor süreci bu tür sistemlerde.

Üçüncü bir başlangıç sağlar tam olarak belirlemek gibi büyüklük entropi. Düşünün daha fazla bilgi edinin.

Entropi Kavramı

İfade için ikinci bir başlangıç termodinamik sunuldu 1850 yılında Rudolph Клаузиусом: «mümkün Değildir spontan geçiş sıcaklığını daha az ısıtılmış bir vücut daha нагретому». Bu Клаузиус vurguladı liyakat Sadi Carnot, 1824 yılında yükleyen payı olan enerji dönüştürülebilir bir iş, ısı makineleri, bağlı sıcaklık farkı ısıtıcı ve bir buzdolabı vardır.

Daha:

Sinir impuls, onu dönüştürme ve aktarım mekanizması

Sinir sistemi savunan bir tür koordinatörü vücudumuzda. O komutları iletir beyin мускулатуре, organlara, dokulara ve işler sinyalleri gidiyor onlara. Tür olarak veri taşıyıcı tarafından kullanılan bir sinir dürtü. Neyi temsil ettiğini? Hangi hızda ça...

Isıl işlem çelik

Isıl işlem çelik yapılabilir çeşitli yolları vardır. Uzmanlar ayırt aşağıdaki seçenekleri sunar: 1. Ateş. 2. Normalleştirme. 3. Sertleşme olduğunu. 4. Tatil. Isıl işlem çelik kızartma temsil ısıtma ürün sıcaklık 840 900 derece. Sırasında belirtilen s...

Ana tür duyumlar: sınıflandırma, özellikleri

Psikoloji – bu çalışmalar bilim farklı zihinsel süreçler, olaylar ve durum. Bu bilgilendirici zihinsel süreçleri içerir hissi, görünüm, algı, hayal gücü, konuşma, düşünme, ezberleme, dinleme, kaydetme, vb. bu makalede, biz daha duralım böyle bi...

Daha fazla geliştirmek için ikinci bir başlangıç termodinamik Клаузиус kavramını entropi - önlemler enerji miktarı, bir geri gider şekli, uygun olmayan tedavi iş. Клаузиус dile bu değeri formülü dS = dQ/T, dS, belirleyici bir değişim entropi. Burada:

DQ - değişim ısı;

T – mutlak sıcaklığı (ta en bir ölçülen kelvin).

Basit bir örnek: sizi kaput araç açıkken motor. O açıkça daha sıcak bir ortam. Ama motor araç için tasarlanmıştır için ısıtma kaput veya su radyatör. Dönüştürerek kimyasal enerjiyi benzin, termal, ve daha sonra mekanik, taahhüt faydalı bir iş – döner mil. Ama büyük bir bölümü tarafından üretilen bir ısı kaybolur, hiçbir yararlı iş dışarı çıkarmak imkansız, ama ne bi egzoz, zaten hiçbir şekilde benzin değil. Bu ısı enerjisi kaybolur, ancak kaybolur ve dağılır (диссипирует). Sıcak başlık, tabii ki, soğur ve her döngü silindir motor tekrar ekler ona sıcaklığını. Bu nedenle, sistem içinde elde termodinamik denge.

Özellikleri entropi

Клаузиус getirdiği genel ilke için ikinci bir başlangıç termodinamik formül dS ≥ 0. Fiziksel anlamda belirlenebilir "неубывание" entropi: tersinir süreçlerde o değişmez, geri dönüşü olmayan - artar.

Unutulmamalıdır ki tüm gerçek süreci geri döndürülemez. Terim «неубывание» yansıtır sadece gerçeği dikkate olayları da dahil, teorik olarak olası bir idealize bir seçenek. Yani bir miktar ulaşılmaz enerji herhangi bir spontan sırasında artar.

Fırsat elde etmek, mutlak sıfırın

Max Planck bulunmuştur ciddi bir katkı geliştirme, termodinamik. İş dışında üzerinde istatistiksel yorumlanması ikinci start aldı aktif katılımını постулировании üçüncü başlangıç termodinamik. İlk formülasyon ait Walter Нернсту ve geçerlidir 1906 yılında. Teoremi Нернста davranışı inceler denge sistemi sıcaklıkta eğilimi mutlak sıfır. Birinci ve ikinci başlangıç termodinamik fırsat vermeyin ne olduğunu anlamaya olacak entropi koşullar altında.

T = 0 K enerji sıfır ise, parçacık sistemi durdurmak kaotik ısı, hareket ve oluşturmak için düzenli yapısı, kristal termodinamik olasılık, eşit birim. Yani, entropi de çizilmiş sıfır (aşağıda öğreniyoruz, neden böyle oluyor). Gerçekte o bile yapar biraz daha erken, ne izler, ne soğutma, herhangi bir termodinamik sistem, herhangi bir vücut mutlak sıfır imkansız. Hava tahmini keyfi yaklaşım, ama bu noktada ulaşır.

Перпетуум-mobile: olamaz, olsa bile çok istiyorum

Клаузиус özetlenmiştir ve formüle birinci ve ikinci başlangıç termodinamik böylece: toplam enerji, herhangi bir kapalı devre sistemi her zaman sabit kalır ve toplam entropi artar zamanla.

İlk kısmı empoze yasağı ebedi motoru birinci tür – cihazı kullanan iş akını olmadan, enerjinin bir dış kaynaktan. İkincibölüm yasaklar ve ebedi motoru, ikinci tür. Böyle bir makine seo ... enerji sistemi olmadan iş энтропийной tazminat bozmadan korunması. Olabilirdi pompa için ısı denge sistemi, örneğin, yavru bir yumurta veya dökme çelik enerji nedeniyle ısı, hareket, moleküllerin su soğutma ile.

İkinci ve üçüncü başlangıç termodinamik yasaklar ebedi motoru, ikinci tür.

Ne Yazık ki, doğadan bir şey almak için değil sadece bir hediye gerekir ve bir komisyon ödemek.

«Termal ölüm»

çok Az var bilim kavramları neden bu kadar belirsiz bir duygu değil, sadece bir halkın, aynı zamanda ortamda kendilerini bilim adamları, ne kadar zorunda bir kısmını entropi. Fizik, öncelikle kendisi Клаузиус, hemen экстраполировали hukuk неубывания önce Yere, daha sonra da tüm Evreni (ve neden olmasın, sonuçta onun da kabul edilebilir bir termodinamik sistemi). Sonuç olarak, fiziksel bir büyüklük, önemli bir öğe hesaplamalar birçok teknik uygulamalar haline gelmiştir algılanan somut olarak bazı evrensel Kötü, öldürmek, bir ışık ve iyi bir dünya.

Ortamında, bilim adamları var ve böyle bir görüş: bu, göre ikinci bir top termodinamik, entropi geri döndürülemez artıyor, er ya da geç Evrenin tüm enerji düşürür, saman gibi dağınık bir form gelecek ve «termal ölüm». Bunun nesi mutlu? Клаузиус, örneğin, birkaç yıl için tereddüt yayın, kendi sonuçlara. Tabii ki, hipotez «termal ölüm» hemen neden çok sayıda itiraz var. Ciddi şüpheleri onu doğru şimdi.

İblis-sıralayıcı

1867 yılında James clerk Maxwell, yazarlarından biri, moleküler gazların kinetik teorisi, bir çok görsel (en azından kurgusal) bir deney gösterdi görünürdeki kör paradoks ikinci başlangıç termodinamik. Kısaca bir deneyim olabilir anahat aşağıdaki gibidir.

İzin vardır bir kap ile gaz. Molekülleri hareket ediyor, rastgele, hızı onları biraz değişir ama ortalama kinetik enerjisi aynıdır çapında gemi. Şimdi beraber bir gemi bir bölme ile iki izole parçası. Ortalama hız molekülleri her iki половинках damar gibi aynı. Bölüm dogging küçük şeytan sağlayan daha hızlı, «sıcak» moleküllerinin nüfuz bir parçası ve daha yavaş «soğuk» diğer. Sonuç olarak, ilk yarısı gaz ısınır, ikinci – kesinlikle, yani devlet termodinamik denge sistemi geçer, fark sıcaklık potansiyel anlamına gelir, azalan entropi.

Bütün sorun, bu deney sistemi işlerse, bu bir geçiş değil, kendiliğinden. O alır, dışarıdan enerji nedeniyle, hangi açılır ve kapanır bölme ya da sistem ile bir zorunluluk içerir iblis, затрачивающего enerji performans görevleri pilor. Artan entropi iblis bol aksine küçültmek sonra gazze'de.

Disiplinsiz bulunmaktadır molekülleri

örnek olarak bir bardak su ile kalsın masada. Gözlemlemek için bir bardak mutlaka, yeterli bir süre sonra geri dönmek ve durumunu kontrol etmek için su. Göreceğiz ki, onu bir miktar azalmıştır. Eğer bırakmak için bir bardak, uzun bir süre içinde hiç fark, böylece su tüm o buharlaşır. İşleminin başında tüm su molekülleri vardı bazı sınırlı cidarlı bardak alan bir bölge. Deney sonunda onlar dağınık odanın. Hacmi oda var molekülleri çok daha fazla özellik değiştirmek için yerini hiçbir kötü etkisi için sistem durumu. Biz değil miyiz onları toplamak спаянный "kolektif" ve geri sürücü için, bir bardak faydaları ile sağlık için su içmek.

Bu sistem gelişti durumu ile daha yüksek bir entropi. Göre ikinci başlangıç termodinamik, entropi, veya süreç, dağılımı, parçacık sistemi (bu durumda, su molekülleri) geri alınamaz. Neden bu kadar?

Клаузиус cevap vermedi bu soruya, evet, ve başka hiç kimse için mümkün değil bu kadar Ludwig Boltzmann.

Makro ve микросостояния

1872 yılında bu bilim adamı tanıttı bilime istatistiksel olarak yorumlanması, ikinci bir başlangıç termodinamik. Sonuçta makroskopik sistem, hangi ile ilgilenir termodinamik, eğitimli öğeleri bir sürü, davranış itaat istatistiksel yasalar.

Geri moleküllerinin su. Rastgele uçan oda işgal edebilir farklı hükümler olması bazı farklılıklar hızlarda (moleküller sürekli birbirleri ile çarpışır ve diğer parçacıklar havada). Her seçenek, sistem durumu moleküller denir микросостоянием, ve bu seçenekler çok sayıda. Uygulanması büyük çoğunluğu seçenekleri макросостояние sistem değişmez hiçbir şekilde.

Hiçbir Şey yasaktır, ama bir şey son derece düşüktür

Ünlü oranı S = k lnW bağlar sayısı, olası bir şekilde ifade edebilir, belli bir макросостояние termodinamik sistem (W), entropi S. Değeri W olarak adlandırılan termodinamik olasılık. Son görünüm bu formül verdi Max Planck.Katsayısı k – son derece küçük bir değer (1,38×10⁻²³ J/K), характеризующую arasındaki iletişim, enerji ve sıcaklık, Plank adlı sürekli Boltzmann onur, bir bilim adamı ilk önerilen istatistiksel yorumu, ikinci başlangıç termodinamik.

Net, W – her zaman bir doğal sayı, 1, 2, 3,…N (olmaz kesirli sayısını yolu). Sonra logaritma W, ve dolayısıyla, entropi, negatif olamaz. Zaman mümkün olan tek sistem için микросостоянии entropi sıfıra hale gelir. Eğer geri dönmek bizim için bir bardak, bu önerme şu şekilde temsil edilebilir: su molekülleri gelişigüzel scurrying oda geri döndü, bir bardak. Her tam tekrarladı yol aldı ve bir bardak aynı yerde, ne kaldı önce. Hiçbir şey yasaklayan uygulama bu seçenek, hangi entropi sıfırdır. Sadece beklemek uygulanması böyle bir исчезающе küçük bir olasılık değildir. Bu bir örnektir, ne yapılabilir, sadece teorik olarak.

Karışık evinde…

Yani, moleküller, rastgele sinek odanın farklı şekillerde. Hayır hiçbir desen bulundukları yerde bir düzen, bir sistem, ne de değiştirme seçenekleri микросостояний takip hiçbir belirlenmiş bir yapı. Bir bardak aynı oldu, ama nedeniyle sınırlı alanlarda molekül cok konumunu aktif değil.

Kaotik, неупорядоченное, sistemin durumu, en muhtemel karşılık, onun maksimum entropi. Su bir bardak. bir örnek daha низкоэнтропийного durum. Git ona eşit olarak dağıtılmış bir oda kaos hemen hemen proje mümkün.

İşte bir daha sezgisel, hepimiz için örnek - temizlik evin bir karmaşa. Tüm süsleyen yerler bize de düşüyor harcanan enerji. Sürecinde bu iş bize sıcak oluyor (yani biz мерзнем). Çıkıyor, entropi yararlanabilir. Bu. Söylemek bile fazla: entropi, ve içinden ikinci bir başlangıç termodinamik (enerji ile birlikte) yöneten Evren. Bakalım bir kez daha tersinir işlemler. Öyle görünüyordu ... bir dünya olma entropi: herhangi bir gelişme yok, galaksiler, yıldızlar, gezegenler. Herhangi bir yaşam...

Biraz Daha bilgi «termal ölüm». Orada iyi bir haber. Çünkü, göre istatistiksel teorisi, «yasak» süreci aslında маловероятными, термодинамически denge sisteminde ortaya çıkan dalgalanmalar – spontan bozuklukları ikinci bir başlangıç termodinamik. Onlar-ebilmek var olmak keyfi büyük. Açıldığında yerçekimi термодинамическую sistemi parçacık dağılımı olmayacak, rastgele-düzgün ve durumda maksimum entropi ulaşmış değil. Ayrıca, Evrenin değişmez değildir, sürekli, sabit. Bu nedenle, sorunun kendisi hakkında «termal ölüm» boştur.