Ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής

Ακόμη και στην αρχαιότητα παρατηρήθηκεκανονικότητα της κατανομής θερμότητας: η θερμότητα μπορεί να μεταφερθεί αυθόρμητα από ένα θερμαινόμενο σώμα με υψηλότερη θερμοκρασία σε μια λιγότερο θερμαινόμενη. Ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής, που εξηγεί αυτή τη διαδικασία, ανακαλύφθηκε πειραματικά. Για πρώτη φορά η ουσία του εκπονήθηκε το 1824 από τον S. Carnot, γάλλο μηχανικό ο οποίος καθορίζει τον τρόπο και υπό ποιες συνθήκες η φωτιά μετατράπηκε σε χρήσιμη δουλειά στα αυτοκίνητα εκείνης της εποχής. Στα μέσα του 19ου αιώνα, βάσει αυτού, ο γερμανός επιστήμονας Rudolf Clausius διατύπωσε έναν κανόνα ο οποίος είναι τώρα γνωστός ως ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής. Η ουσία του είναι ότι η θερμότητα ποτέ δεν περνά σε ένα θερμότερο σώμα από λιγότερο θερμαινόμενη αυθόρμητα, δηλαδή, η μετάβαση της θερμότητας σε ένα σώμα με υψηλότερη θερμοκρασία πρέπει να αντισταθμίζεται από μια εξωτερική παροχή ενέργειας. Ένα παράδειγμα είναι η μονάδα ψύξης. Αργότερα, ο W. Thomson και αρκετοί άλλοι επιστήμονες διευκρίνισαν τη διατύπωση αυτού του νόμου.

Η αρχή αυτή πρέπει να γίνει κατανοητή ακόμη ευρύτερα,παρά στην ερμηνεία του Ρούντολφ Κλαούσιου. Πάρτε, για παράδειγμα, τη μετατροπή της εργασίας σε θερμότητα. Μπορεί να παράγεται από τη δύναμη της τριβής. Ταυτόχρονα, οι εργασίες μεταφέρονται στη θερμότητα εντελώς, χωρίς επιπλέον προσπάθεια και αποζημίωση. Ο αντίστροφος μετασχηματισμός δεν είναι δυνατός από μόνος του. Η μεταφορά της θερμότητας στην εργασία είναι ήδη μια τεχνητή διαδικασία, δηλαδή απαιτεί ειδικές, τεχνητά οργανωμένες συνθήκες.

Γενικά, διατυπώνεται ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικήςαρχές ροής και κατεύθυνσης των φυσικών διεργασιών. Προχωρώντας από αυτό, είναι δυνατόν να εξηγηθεί η λειτουργία πολλών συσκευών. Έτσι, οι θερμικοί κινητήρες λειτουργούν εις βάρος μιας διαφοράς θερμοκρασιών, χάρη στην οποία η θερμότητα περνάει από ένα θερμαινόμενο μέρος σε ένα ψυχρό - από έναν ψύκτη θερμότητας σε έναν ψύκτη θερμότητας. Και σε αυτή την περίπτωση, η απόδοση της συσκευής δεν μπορεί να είναι 100%. Δηλαδή, δεν μετατρέπεται όλη η θερμότητα σε εργασία, αλλά μόνο ένα μέρος της. Αυτό εξηγεί εν μέρει το γεγονός ότι είναι κατ 'αρχήν αδύνατο να δημιουργηθεί μια αέναη μηχανή κίνησης (του δεύτερου είδους). Με άλλα λόγια, μια συσκευή που θα μπορούσε τελείως και χωρίς καμία αποζημίωση να μετατρέψει τη θερμότητα στην εργασία δεν θα επινοηθεί ποτέ. Από τα παραπάνω, οι επιστήμονες R. Clausius και W. Thompson καθόρισαν τη διατύπωση του δεύτερου νόμου της θερμοδυναμικής. Πρώτον, η αυθόρμητη θερμότητα δεν μπορεί να περάσει από θερμότερο σε θερμότερα σώματα. Δεύτερον, όχι όλη η θερμότητα, που κατευθύνεται από τον ψύκτη θερμότητας στον ψύκτη θερμότητας, πηγαίνει σε χρήσιμη εργασία, αλλά μόνο ένα μέρος της. Υπάρχουν επίσης αρκετές παρόμοιες συνθέσεις, οι οποίες, σε γενικές γραμμές, αντικατοπτρίζουν τα παραπάνω. Περνώντας από τη συσκευή μεταφοράς θερμότητας στον δέκτη θερμότητας, η ενέργεια δεν εξαφανίζεται οπουδήποτε και επομένως ο νόμος της διατήρησης της συνολικής ποσότητας ενέργειας δεν έρχεται σε αντίθεση με τον δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής. Ο ορισμός του αναπτύχθηκε από διάφορους επιστήμονες και αποτελείται από αρκετές κύριες διατριβές, οι οποίες εξετάζονται σε αυτό το άρθρο.

Οι διαδικασίες που σχετίζονται με τη μετατροπή της ενέργειας,μπορεί αυθόρμητα να ρέει μόνο αν η ενέργεια από τη συμπυκνωμένη μορφή έχει περάσει μέσα στο διασκορπισμένο. Μία από τις σημαντικότερες ικανότητες, ιδιόμορφες για τους ανθρώπους, καθώς και για τη βιόσφαιρα, για τα οικοσυστήματα, είναι η δυνατότητα χαμηλής εντροπίας. Ο τελευταίος όρος αναφέρεται στην αναλογία της ποσότητας θερμότητας με την τιμή της θερμοκρασίας, είναι ένα είδος μέτρου του χάους και συνδέεται με την απώλεια της ικανότητας οποιουδήποτε συστήματος να εκτελεί συγκεκριμένη εργασία. Όταν η ένταση του συστήματος ή η ενεργειακή του αλλαγή αλλάζει, η εντροπία μειώνεται.

Το 1865, R. Ο Clausius τελικά διατύπωσε τον δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής. Η εντροπία, με τον ορισμό της, αυξάνεται όταν συμβαίνουν αυθόρμητες διαδικασίες σε οποιοδήποτε κλειστό σύστημα μη ισορροπίας.

Ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής υποτάσσεται έτσιπου ονομάζεται αρχή των οικολογικών πυραμίδων. Επιπλέον, είναι η πηγή του νόμου Lindemann, η οποία εξηγεί τις αρχές της κυκλοφορίας ενέργειας στο οικοσύστημα. Δείχνει την μονοκατευθυντικότητα (αναντιστοιχία) των αυθόρμητων διαδικασιών που συμβαίνουν στη φύση. Σύμφωνα με αυτό, η ενέργεια μετατρέπεται σε θερμότητα και η θερμότητα μεταφέρεται στο ψυχρότερο σώμα από το θερμαινόμενο, πράγμα που οδηγεί σε εξισορρόπηση των θερμοκρασιών σε χαμηλό επίπεδο, η συνέπεια της οποίας είναι η παύση όλων των μορφών κίνησης της ύλης ή των λεγόμενων. "Θερμός θάνατος". Αν μιλάμε με σαφή και απλή γλώσσα, τότε η ουσία του δεύτερου νόμου της θερμοδυναμικής είναι αυτή: όλες οι αυθόρμητες, φυσικές διαδικασίες οδηγούν σε χάος, υποβάθμιση. Αυτό μπορεί να εξηγηθεί σε αυτό το παράδειγμα: αν το σπίτι μένει για πολλά χρόνια χωρίς τον ιδιοκτήτη, θα σταδιακά μειώνεται, καταρρέει.