Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Другий початок термодинаміки


Thermodynamics navigation image.svg

План:


Введення

Почала термодинаміки
Thermodynamics navigation image.svg
Стаття є частиною серії " Термодинаміка ".
Нульове початок термодинаміки
Перший початок термодинаміки
Другий початок термодинаміки
Третій початок термодинаміки
Розділи термодинаміки
Почала термодинаміки
Рівняння стану
Термодинамічні величини
Термодинамічні потенціали
Термодинамічні цикли
Фазові переходи
правити
Див також "Фізичний портал"

Другий початок термодинаміки - фізичний принцип, який накладає обмеження на напрям процесів передачі тепла між тілами.

Другий початок термодинаміки говорить, що неможливий мимовільний перехід тепла від тіла, менш нагрітого, до тіла, більш нагрітого.

Другий початок термодинаміки забороняє так звані вічні двигуни другого роду, показуючи що коефіцієнт корисної дії не може дорівнювати одиниці, оскільки для кругового процесу температура холодильника не повинна дорівнювати 0.

Другий початок термодинаміки є постулатом, не доводимо в рамках термодинаміки. Воно було створене на основі узагальнення дослідних фактів і отримало численні експериментальні підтвердження.


1. Формулювання

Існують кілька еквівалентних формулювань другого початку термодинаміки:

  • Постулат Клаузіуса : "Неможливий процес, єдиним результатом якого була б передача тепла від більш холодного тіла до більш гарячому" [1] (такий процес називається процесом Клаузіуса).
  • Постулат Томсона (Кельвіна) : "Неможливий круговий процес, єдиним результатом якого було б виробництво роботи за рахунок охолодження теплового резервуара" (такий процес називається процесом Томсона).

Еквівалентність цих формулювань легко показати. Справді, припустимо, що постулат Клаузиуса невірний, тобто існує процес, єдиним результатом якого була б передача тепла від більш холодного тіла до більш гарячого. Тоді візьмемо два тіла з різною температурою (нагрівач і холодильник) і проведемо кілька циклів теплової машини, забравши тепло Q 1 у нагрівача, віддавши Q 2 холодильника і зробивши при цьому роботу A = Q 1 - Q 2 . Після цього скористаємося процесом Клаузіуса і повернемо тепло Q 2 від холодильника нагревателю. У результаті виходить, що ми зробили роботу тільки за рахунок відбирання теплоти від нагрівача, тобто постулат Томсона теж невірний.

З іншого боку, припустимо, що невірний постулат Томсона. Тоді можна відняти частину тепла у більш холодного тіла і перетворити в механічну роботу. Цю роботу можна перетворити в тепло, наприклад, за допомогою тертя, нагрівання більш гаряче тіло. Значить, з невірності постулату Томсона слід невірність постулату Клаузіуса.

Таким чином, постулати Клаузіуса і Томсона еквівалентні.

Інша формулювання другого початку термодинаміки грунтується на понятті ентропії :

Таке формулювання грунтується на уявленні про ентропії як про функції стану системи, що також має бути постульовано.

Другий початок термодинаміки у формулюванні аксіоматичної Рудольфа Юліуса Клаузіуса (RJ Clausius, 1865) має такий вигляд [2] :

Для будь квазіравновесной термодинамічної системи існує однозначна функція термодинамічного стану S = S (T, x, N) , Звана ентропія, така, що її повний диференціал d S = δ Q / T .

У стані з максимальною ентропією макроскопічні незворотні процеси (а процес передачі тепла завжди є незворотнім через постулату Клаузіуса) неможливі.


2. Обмеження

З точки зору статистичної фізики другий початок термодинаміки має статистичний характер: воно справедливо для найбільш ймовірного поведінки системи. Існування флуктуацій перешкоджає точному його виконання, однак імовірність скільки-небудь значного порушення вкрай мала. Дивись також Демон Максвелла.

3. Другий початок термодинаміки і "теплова смерть Всесвіту"

Клаузиус, розглядаючи другий початок термодинаміки, дійшов висновку, що ентропія Всесвіту як замкнутої системи прагне до максимуму, і врешті-решт у Всесвіті закінчаться всі макроскопічні процеси. Це стан Всесвіту отримало назву "теплової смерті". З іншого боку, Больцман висловив думку, що нинішній стан Всесвіту - це гігантська флуктуація, з чого випливає, що більшу частину часу Всесвіт все одно перебуває в стані термодинамічної рівноваги ("теплової смерті") [3].

На думку Ландау, ключ до вирішення цього протиріччя лежить в області загальної теорії відносності : оскільки Всесвіт є системою, що у змінному гравітаційному полі, закон зростання ентропії до неї непридатний [4].

Оскільки другий початок термодинаміки (у формулюванні Клаузіуса) засновано на припущенні про те, що всесвіт є замкнутою системою, можливі й інші види критики цього закону. Відповідно до сучасних фізичними уявленнями ми можемо говорити лише про спостерігається частини всесвіту. На даному етапі людство не має можливості довести, ні те, що всесвіт є закрита система, ні протилежне.


4. Ентропія і критика еволюціонізму

Другий початок термодинаміки (у формулюванні неубиванія ентропії) іноді використовується критиками еволюційної теорії з метою показати, що розвиток природи в бік ускладнення неможливо. [5] [6]. Однак подібне застосування фізичного закону є некоректним, оскільки ентропія не убуває тільки в замкнутих системах (порів. з дисипативної системою), у той час як живі організми і планета Земля в цілому є відкритими системами.


Примітки

  1. Другий початок термодинаміки - slovari.yandex.ru/dict/bse/article/00015/53100.htm - стаття з Великої радянської енциклопедії
  2. Квасников І. А., Термодинаміка і статистична фізика. Том 1: Теорія рівноважних систем: Термодинаміка: Навчальний посібник. 2-е, вид. - М.: Едіторіал УРСС, 2002. - 240 с. У 3-х т. стор 43.
  3. Сивухин Д. В. Загальний курс фізики. - М.: Наука, 1975. - Т. II. Термодинаміка і молекулярна фізика. - 80.
  4. Ландау, Л. Д., Ліфшиц, Є. М. Статистична фізика. Частина 1. - Видання 3-тє, доповнене. - М.: Наука, 1976. - 584 с. - ("Теоретична фізика", том V), 8.
  5. John Rennie "15 Answers to Creationist Nonsense" - www.sciam.com/article.cfm?id=000D4FEC-7D5B-1D07-8E49809EC588EEDF&page=4, Scientific American 287 (1): 78-85, 2002.
  6. Марков А. Народження складності. Еволюційна біологія сьогодні: несподівані відкриття і нові питання - М .: "Видавництво Астрель", 2010. - С. 199. - 527 с. - 3000 екз . - ISBN 978-5-271-24663-0.

Література

  • Базаров І. П. Термодинаміка. М .: Вища школа, 1991, 376 с.
  • Базаров І. П. Омани і помилки в термодинаміці. Изд. Другий испр. М.: Едіторіал УРСС, 2003. 120 с.
  • Квасников І. А. Термодинаміка і статистична фізика. Т.1: Теорія рівноважних систем: Термодинаміка. Том.1. Изд. 2, испр. і доп. М.: УРСС, 2002. 240 с.
  • Сивухин Д. В. Загальний курс фізики - М .: Наука, 1975. - Т. II. Термодинаміка і молекулярна фізика. - 519 с.
  • Ландау, Л. Д., Ліфшиц, Є. М. Статистична фізика. Частина 1 - Видання 3-тє, доповнене. - М .: Наука, 1976. - 584 с. - ( "Теоретична фізика", том V).
  • Болгарський А. В., Мухачев Г. А., Щукін В. К.: Термодинаміка і теплопередача, Вид. 2-е, перераб. і доп. М., "Вища. Школа", 1975. 495 c.



Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Нульове початок термодинаміки
Третій початок термодинаміки
Перший початок термодинаміки
Другий закон термодинаміки
Почала термодинаміки
Початок
Початок координат
Початок Століття (група)
Початок (фільм, 1970)
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru