Energiya qanday hosil bo'ladi, u qanday qilib bir shakldan ikkinchisiga aylanadi va yopiq tizimda energiya bilan nima sodir bo'ladi? Bu savollarning barchasiga termodinamika qonunlari orqali javob berish mumkin. Termodinamikaning ikkinchi qonuni bugun batafsilroq muhokama qilinadi.
Kundalik hayotdagi qonunlar
Qonunlar kundalik hayotni boshqaradi. Yo'l qoidalariga ko'ra, siz to'xtash belgilarida to'xtashingiz kerak. Hukumat ularning ish haqining bir qismini shtat va federal hukumatga berishni talab qiladi. Hatto ilmiy narsalar ham kundalik hayotda qo'llaniladi. Masalan, tortishish qonuni uchishga harakat qilganlar uchun juda yomon natijani bashorat qiladi. Kundalik hayotga ta'sir qiluvchi yana bir ilmiy qonunlar majmui termodinamika qonunlaridir. Ularning kundalik hayotga taʼsirini koʻrish uchun bu yerda baʼzi misollar keltirilgan.
Termodinamikaning birinchi qonuni
Termodinamikaning birinchi qonuni energiyani yaratish yoki yo'q qilish mumkin emasligini, lekin uni bir shakldan ikkinchisiga aylantirish mumkinligini aytadi. Buni ba'zan energiyaning saqlanish qonuni deb ham atashadi. Xo'sh, qandaykundalik hayotga tegishlimi? Masalan, hozir foydalanayotgan kompyuteringizni olaylik. U energiya bilan oziqlanadi, lekin bu energiya qayerdan keladi? Termodinamikaning birinchi qonuni bizga bu energiya havodan kelib bo'lmasligini, shuning uchun u bir joydan kelganligini aytadi.
Bu energiyani kuzatishingiz mumkin. Kompyuter elektr energiyasi bilan ishlaydi, lekin elektr quvvati qayerdan keladi? To'g'ri, elektr stantsiyasidan yoki gidroelektrostantsiyadan. Agar ikkinchisini ko'rib chiqsak, u daryoni ushlab turuvchi to'g'on bilan bog'liq bo'ladi. Daryoning kinetik energiya bilan aloqasi bor, ya'ni daryo oqadi. Toʻgʻon bu kinetik energiyani potensial energiyaga aylantiradi.
GES qanday ishlaydi? Turbinani aylantirish uchun suv ishlatiladi. Turbina aylanganda, generator harakatga keltiriladi, bu esa elektr energiyasini yaratadi. Bu elektr toki elektr stansiyasidan uyingizga toʻliq simlar orqali uzatilishi mumkin, shunda siz elektr simini elektr rozetkaga ulaganingizda, elektr toki kompyuteringizga kirib, u ishlashi mumkin.
Bu yerda nima boʻldi? Daryodagi suv bilan kinetik energiya sifatida bog'langan ma'lum miqdordagi energiya allaqachon mavjud edi. Keyin u potentsial energiyaga aylandi. Keyin toʻgʻon oʻsha potentsial energiyani olib, elektr energiyasiga aylantirdi, bu esa uyingizga kirib, kompyuteringizni quvvatlantirishi mumkin.
Termodinamikaning ikkinchi qonuni
Ushbu qonunni oʻrganish orqali energiya qanday ishlashini va nima uchun hamma narsa tomon harakatlanishini tushunish mumkinmumkin bo'lgan tartibsizlik va tartibsizlik. Termodinamikaning ikkinchi qonuni entropiya qonuni deb ham ataladi. Koinot qanday paydo bo'lganligi haqida hech o'ylab ko'rganmisiz? Katta portlash nazariyasiga ko'ra, hamma narsa tug'ilishidan oldin, juda katta energiya bir joyga to'plangan. Koinot Katta portlashdan keyin paydo bo'ldi. Bularning barchasi yaxshi, lekin bu qanday energiya edi? Vaqtning boshida koinotdagi barcha energiya nisbatan kichik bir joyda joylashgan edi. Bu kuchli kontsentratsiya potentsial energiya deb ataladigan katta miqdorni ifodalaydi. Vaqt o'tishi bilan u butun koinotimiz bo'ylab tarqaldi.
Kichikroq miqyosda toʻgʻon tutgan suv ombori potentsial energiyani oʻz ichiga oladi, chunki uning joylashuvi toʻgʻon orqali oqib oʻtishiga imkon beradi. Har bir holatda, saqlangan energiya, chiqarilgandan so'ng, tarqaladi va hech qanday harakat qilmasdan amalga oshiriladi. Boshqacha qilib aytganda, potentsial energiyaning chiqishi qo'shimcha resurslarni talab qilmasdan sodir bo'ladigan spontan jarayondir. Energiya taqsimlanganda, uning bir qismi foydali energiyaga aylanadi va ba'zi ishlarni bajaradi. Qolganlari yaroqsiz holga aylanadi, oddiygina issiqlik deb ataladi.
Koinot kengayishda davom etar ekan, unda kamroq va kamroq foydalanish mumkin bo'lgan energiya mavjud. Agar kamroq foydali bo'lsa, kamroq ish qilish mumkin. Suv to'g'on orqali oqib o'tganligi sababli, u kamroq foydali energiyani ham o'z ichiga oladi. Vaqt o'tishi bilan foydalanish mumkin bo'lgan energiyaning kamayishi entropiya deb ataladitizimda foydalanilmagan energiya miqdori va tizim faqat butunni tashkil etuvchi ob'ektlar to'plamidir.
Entropiyani tashkilotsiz tashkilotdagi tasodifiylik yoki tartibsizlik miqdori deb ham atash mumkin. Foydalanish mumkin bo'lgan energiya vaqt o'tishi bilan kamayishi bilan tartibsizlik va tartibsizlik kuchayadi. Shunday qilib, to'plangan potentsial energiya chiqarilganda, bularning barchasi foydali energiyaga aylantirilmaydi. Barcha tizimlar vaqt o'tishi bilan entropiyaning o'sishini boshdan kechiradilar. Buni tushunish juda muhim va bu hodisa termodinamikaning ikkinchi qonuni deb ataladi.
Entropiya: tasodif yoki nuqson
Siz taxmin qilganingizdek, ikkinchi qonun odatda energiyaning saqlanish qonuni deb ataladigan birinchi qonunga amal qiladi va energiyani yaratib boʻlmaydi va uni yoʻq qilib boʻlmaydi. Boshqacha qilib aytganda, koinotdagi yoki biron bir tizimdagi energiya miqdori doimiydir. Termodinamikaning ikkinchi qonuni odatda entropiya qonuni deb ataladi va u vaqt o'tishi bilan energiya kamroq foydali bo'lib qoladi va vaqt o'tishi bilan uning sifati pasayadi, deb ta'kidlaydi. Entropiya - bu tizimning tasodifiyligi yoki nuqsonlari darajasi. Agar tizim juda tartibsiz bo'lsa, unda u katta entropiyaga ega. Agar tizimda nosozliklar koʻp boʻlsa, u holda entropiya past boʻladi.
Oddiy qilib aytganda, termodinamikaning ikkinchi qonuni tizimning entropiyasi vaqt o'tishi bilan kamayishi mumkin emasligini bildiradi. Bu tabiatda narsalar tartib holatidan tartibsizlik holatiga o'tishini anglatadi. Va bu qaytarib bo'lmaydigan narsa. Tizim hech qachono'z-o'zidan tartibliroq bo'ladi. Boshqacha qilib aytganda, tabiatda tizimning entropiyasi doimo ortadi. Bu haqda o'ylashning bir usuli - bu sizning uyingiz. Agar siz uni hech qachon tozalamasangiz va changyutsangiz, yaqin orada sizda dahshatli tartibsizlik bo'ladi. Entropiya oshdi! Uni kamaytirish uchun elektr supurgi va sirtni changdan tozalash uchun mopni ishlatish uchun energiya sarflash kerak. Uy o'zini tozalamaydi.
Termodinamikaning ikkinchi qonuni nima? Oddiy so'zlar bilan formulada aytilishicha, energiya bir shakldan ikkinchisiga o'tganda, materiya erkin harakat qiladi yoki yopiq tizimdagi entropiya (tartibsizlik) kuchayadi. Harorat, bosim va zichlikdagi farqlar vaqt o'tishi bilan gorizontal ravishda tekislanadi. Gravitatsiya tufayli zichlik va bosim vertikal ravishda tenglashmaydi. Pastki qismdagi zichlik va bosim yuqoridan kattaroq bo'ladi. Entropiya materiya va energiyaning kirish imkoni bo'lgan joyda tarqalishining o'lchovidir. Termodinamikaning ikkinchi qonunining eng keng tarqalgan formulasi asosan Rudolf Klauzius bilan bog'liq bo'lib, u aytdi:
Issiqlikni past haroratli jismdan yuqori haroratli jismga o'tkazishdan boshqa effekt yaratmaydigan qurilmani qurish mumkin emas.
Boshqacha aytganda, hamma narsa vaqt o'tishi bilan bir xil haroratni saqlashga harakat qiladi. Termodinamikaning ikkinchi qonunining ko'plab formulalari mavjud bo'lib, ularda turli atamalar qo'llaniladi, ammo ularning barchasi bir narsani anglatadi. Klauziusning yana bir bayonoti:
Isitishning o'zi emassovuqdan issiqroq tanaga o'tish.
Ikkinchi qonun faqat katta tizimlar uchun amal qiladi. Bu energiya yoki materiya bo'lmagan tizimning ehtimoliy xatti-harakati bilan bog'liq. Tizim qanchalik katta bo'lsa, ikkinchi qonun shunchalik ko'p bo'ladi.
Qonunning boshqa tahriri:
Umumiy entropiya har doim spontan jarayonda ortadi.
Jarayon jarayonida DS entropiyasining ortishi tizimga o’tkazilgan Q issiqlik miqdorining issiqlik o’tkaziladigan T haroratga nisbatidan oshishi yoki teng bo’lishi kerak. Termodinamikaning ikkinchi qonuni formulasi:
Termodinamik tizim
Umumiy ma'noda, termodinamikaning ikkinchi qonunini oddiy so'zlar bilan ifodalash, bir-biri bilan aloqada bo'lgan tizimlar orasidagi harorat farqlari tenglashishga moyilligini va ish ushbu nomutanosiblik farqlaridan olinishi mumkinligini aytadi. Ammo bu holda issiqlik energiyasi yo'qoladi va entropiya ortadi. Izolyatsiya qilingan tizimdagi bosim, zichlik va haroratdagi farqlar, agar imkoniyat berilsa, tenglashadi; zichlik va bosim, lekin harorat emas, tortishish kuchiga bog'liq. Issiqlik dvigateli - bu ikki jism orasidagi harorat farqi tufayli foydali ishni ta'minlaydigan mexanik qurilma.
Termodinamik tizim - bu atrofdagi maydon bilan o'zaro ta'sir qiladigan va energiya almashadigan tizim. Almashtirish va o'tkazish kamida ikki usulda amalga oshirilishi kerak. Buning bir usuli issiqlik uzatish bo'lishi kerak. Agar atermodinamik tizim "muvozanatda", u atrof-muhit bilan o'zaro ta'sir qilmasdan o'z holatini yoki holatini o'zgartira olmaydi. Oddiy qilib aytganda, agar siz muvozanatda bo'lsangiz, siz "baxtli tizimsiz", siz hech narsa qila olmaysiz. Agar biror narsa qilishni istasangiz, tashqi dunyo bilan muloqot qilishingiz kerak.
Termodinamikaning ikkinchi qonuni: jarayonlarning qaytarilmasligi
Issiqlikni butunlay ishga aylantiruvchi tsiklik (takroriy) jarayonga ega boʻlish mumkin emas. Ishdan foydalanmasdan issiqlikni sovuq narsalardan issiq narsalarga o'tkazadigan jarayonga ega bo'lish ham mumkin emas. Reaksiyadagi energiyaning bir qismi har doim issiqlikka yo'qoladi. Bundan tashqari, tizim o'zining barcha energiyasini ish energiyasiga aylantira olmaydi. Qonunning ikkinchi qismi aniqroq.
Sovuq tana issiq tanani isitmaydi. Issiqlik tabiiy ravishda issiqroq joylardan sovuqroq joylarga o'tadi. Agar issiqlik sovuqdan issiqroqqa o'tsa, bu "tabiiy" narsaga ziddir, shuning uchun tizim buni amalga oshirish uchun biroz ish qilishi kerak. Tabiatdagi jarayonlarning qaytarilmasligi termodinamikaning ikkinchi qonunidir. Bu, ehtimol, eng mashhur (hech bo'lmaganda olimlar orasida) va barcha fanlarning muhim qonunidir. Uning formulalaridan biri:
Koinotning entropiyasi maksimalga intiladi.
Boshqacha qilib aytganda, entropiya yo o'zgarmaydi yoki kattalashadi, koinotning entropiyasi hech qachon kamaymaydi. Muammo shundaki, bu har doimto'g'ri. Agar siz bir shisha parfyumni olib, xonaga sepsangiz, tez orada xushbo'y atomlar butun bo'shliqni to'ldiradi va bu jarayonni qaytarib bo'lmaydi.
Termodinamikada aloqalar
Termodinamika qonunlari issiqlik energiyasi yoki issiqlik va energiyaning boshqa shakllari oʻrtasidagi bogʻliqlikni va energiyaning moddaga qanday taʼsir qilishini tavsiflaydi. Termodinamikaning birinchi qonuni energiyani yaratish yoki yo'q qilish mumkin emasligini ta'kidlaydi; koinotdagi energiyaning umumiy miqdori o'zgarishsiz qoladi. Termodinamikaning ikkinchi qonuni energiya sifati bilan bog'liq. Unda aytilishicha, energiya uzatilishi yoki aylantirilishi bilan ko'proq va ko'proq foydalanish mumkin bo'lgan energiya yo'qoladi. Ikkinchi qonun, shuningdek, har qanday izolyatsiya qilingan tizimning tartibsiz bo'lishiga tabiiy tendentsiya mavjudligini ta'kidlaydi.
Ma'lum bir joyda tartib oshganida ham butun tizimni, jumladan, atrof-muhitni hisobga olsangiz ham, har doim entropiyaning o'sishi kuzatiladi. Boshqa misolda, suv bug'langanda tuz eritmasidan kristallar paydo bo'lishi mumkin. Kristallar eritmadagi tuz molekulalariga qaraganda ko'proq tartiblangan; ammo bug'langan suv suyuq suvga qaraganda ancha tartibsizdir. Umuman olganda, jarayon tartibsizlikning aniq ortishiga olib keladi.
Ish va energiya
Ikkinchi qonun issiqlik energiyasini 100 foiz samaradorlik bilan mexanik energiyaga aylantirish mumkin emasligini tushuntiradi. bilan misol keltirish mumkinmashinada. Pistonni haydash uchun uning bosimini oshirish uchun gazni isitish jarayonidan so'ng, gazda har doim qo'shimcha ishlarni bajarish uchun ishlatib bo'lmaydigan issiqlik qoladi. Bu chiqindi issiqlikni radiatorga o'tkazish orqali tashlanishi kerak. Avtomobil dvigatelida bu ishlamay qolgan yoqilg‘i va havo aralashmasini atmosferaga chiqarish orqali amalga oshiriladi.
Bundan tashqari, harakatlanuvchi qismlarga ega har qanday qurilma mexanik energiyani issiqlikka aylantiruvchi ishqalanish hosil qiladi, bu odatda foydalanishga yaroqsiz va uni radiatorga o'tkazish orqali tizimdan olib tashlanishi kerak. Issiq jism va sovuq jism bir-biri bilan aloqa qilganda, issiqlik muvozanatiga erishgunga qadar issiqlik energiyasi issiq jismdan sovuq jismga oqib boradi. Biroq, issiqlik hech qachon boshqa tomonga qaytmaydi; ikki jism o'rtasidagi harorat farqi hech qachon o'z-o'zidan oshmaydi. Issiqlikni sovuq jismdan issiq jismga o‘tkazish uchun issiqlik nasosi kabi tashqi energiya manbai ishlashi kerak.
Koinot taqdiri
Ikkinchi qonun ham koinotning oxirini bashorat qiladi. Bu tartibsizlikning eng yuqori darajasi, agar hamma joyda doimiy issiqlik muvozanati mavjud bo'lsa, hech qanday ish bajarilmaydi va barcha energiya atomlar va molekulalarning tasodifiy harakati sifatida tugaydi. Zamonaviy ma'lumotlarga ko'ra, Metagalaktika kengayib borayotgan statsionar bo'lmagan tizim bo'lib, koinotning issiqlik o'limi haqida gap bo'lishi mumkin emas. issiqlik o'limibarcha jarayonlar toʻxtaydigan issiqlik muvozanat holatidir.
Bu pozitsiya xato, chunki termodinamikaning ikkinchi qonuni faqat yopiq tizimlarga taalluqlidir. Va koinot, siz bilganingizdek, cheksizdir. Biroq, "Koinotning issiqlik o'limi" atamasi ba'zan koinotning kelajakdagi rivojlanishi stsenariysiga ishora qilish uchun ishlatiladi, unga ko'ra u tarqalib ketgan sovuq changga aylanmaguncha kosmos zulmatiga cheksiz kengayishda davom etadi..
