Другий закон термодинаміки - фізичний принцип, який накладає обмеження на напрямок процесів передачі тепла між тілами.
Другий закон термодинаміки забороняє так звані вічні двигуни другого роду. показуючи, що неможливо всю внутрішню енергію системи перетворити в корисну роботу.
Другий закон термодинаміки є постулатом. Чи не доводить в рамках термодинаміки. Воно було створено на основі узагальнення дослідних фактів і отримало численні експериментальні підтвердження.
формулювання Правити
Існують кілька еквівалентних формулювань другого закону термодинаміки:
- Постулат Клаузіуса. «Неможливий процес, єдиним результатом якого була б передача тепла від більш холодного тіла до більш гарячого» (такий процес називається процесом Клаузіуса).
- Постулат Томсона. «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 Клаузіуса 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 у нагрівача, віддавши холодильника і зробивши при цьому роботу. Після цього скористаємося процесом Клаузіуса і повернемо тепло від холодильника нагрівача. В результаті виходить, що ми зробили роботу тільки за рахунок відбирання теплоти від нагрівача, тобто постулат Томсона теж невірний.
З іншого боку, припустимо, що є невірним 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.
- «Ентропія ізольованої системи не може зменшуватися» (закон неубиванія ентропії).
Таке формулювання ґрунтується на поданні про ентропію як про функції стану системи, що також повинно бути постулировано.
У стані з максимальною ентропією макроскопічні незворотні процеси (а процес передачі тепла завжди є незворотнім через постулату Клаузіуса) неможливі.
обмеження Правити
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.
Другий закон термодинаміки та «теплова смерть Всесвіту» Правити
Клаузиус. розглядаючи другий початок термодинаміки, прийшов до 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») # 91; джерело? # 93; .
Сучасна фізика знаходить вихід з цієї ситуації: загальна теорія відносності розглядає Всесвіт як систему, що знаходиться в змінному гравітаційному полі, і в таких умовах закон зростання ентропії непридатний # 91; джерело? # 93; .
Помилки, пов'язані з неправильним розумінням Правити
Другий закон термодинаміки (в формулюванні неубиванія ентропії) іноді використовується критиками еволюції з метою показати, що розвиток природи в бік ускладнення неможливо. [1] [2] Подібна інтерпретація фізичного закону невірна: ентропія не убуває тільки в ізольованих (замкнутих) системах (порів. З дисипативної системою).
Основні непорозуміння в розумінні проблем виникнення життя, еволюції з позиції фізики і фізичної хімії, як правило, пов'язані з невірними уявленнями про ентропію. Цей термін ввів Рудольф Клаузіус. Своє «модельне» уявлення про світ (Всесвіту) він представив у вигляді висловлювання: «Енергія світу постійна. Ентропія світу прагнути до максимуму ». Надалі цей вислів Дж. У. Гіббс вибрав як епіграф до роботи «Про рівновагу гетерогенних речовин». Згадані вчені зробили наведене висловлювання стосовно своєї моделі Всесвіту. Ця модель відповідає простий ізольованій системі ідеального газу, тобто ізольованій системі ідеального газу, енергія і обсяг якої постійні і в якій не відбувається ніякої роботи, або відбувається тільки робота розширення. Ентропія такої системи може тільки зростати!
Слід зауважити, що якщо говорити про подібну моделі, яка відповідала б реальному Всесвіту, необхідно було б прийняти недовідне припущення про те, що всі види енергії реальної Всесвіту перейдуть в теплову енергію. Тільки в цьому випадку, до того ж при додаткових нереальних припущеннях, Всесвіт міг би перетворитися на «модельну систему» Клаузиуса - Гіббса.
Однак любителі науки і дилетанти поширили розглядається твердження на системи інших типів, в яких мають місце взаємодії різної природи між частинками (молекулами або об'єктами інших ієрархій) та які (системи) взаємодіють з навколишнім середовищем. Подібних помилок не уникли деякі вчені, які не є професіоналами у відповідних областях знання. Це призвело до неймовірної плутанини і загальмувало, більш ніж на сторіччя, розвиток науки. З'явилися сотні тисяч публікацій в наукових журналах і популярній літературі, що містять зазначені непорозуміння. До цих непорозумінь додалися некоректні уявлення про негоентропіі і «дисипативних структурах в живому світі».
Виникнення життя і її еволюція легко пояснити з позиції ієрархічної термодинаміки близьких до рівноваги складних динамічних систем. Ця термодинаміка створена на міцному фундаменті класичної (рівноважної) термодинаміки - термодинаміки Рудольфа Клаузіуса, Дж. У. Гіббса і інших великих творців.
Див. Також Правити
Примітки Правити
література Правити
Гладишев Г.П. Термодинаміка і макрокінетика природних ієрархічних процесів. М. Наука. 1988. - 287 с.; Gladyshev G.P. Thermodynamics and Macrokinetics of Natural Hierarchical Processes. M. Nauka Publ. 1988.