Pirmasis termodinamikos dėsnis yra susijęs su energijos išsaugojimu, tuo tarpu antrasis termodinamikos dėsnis teigia, kad kai kurie termodinamikos procesai yra neleistini ir nevisiškai atitinka pirmąjį termodinamikos dėsnį.
Žodis „ termodinamika “ kildinamas iš graikų kalbos žodžių, kuriuose „termo“ reiškia šilumą, o „dinamika“ - galią. Taigi termodinamika yra energijos, egzistuojančios įvairiomis formomis, tokiomis kaip šviesos, šilumos, elektrinė ir cheminė energija, tyrimas.
Termodinamika yra labai svarbi fizikos ir su ja susijusių sričių, tokių kaip chemija, medžiagų mokslas, aplinkos mokslas ir kt., Dalis. Tuo tarpu „įstatymas“ reiškia taisyklių sistemą. Todėl termodinamikos dėsniai yra susiję su viena iš energijos formų, kuri yra šiluma, jų elgesiu skirtingomis aplinkybėmis, atitinkančiomis mechaninį darbą.
Nors mes žinome, kad yra keturi termodinamikos dėsniai, pradedant nuo nulio, pirmojo, antrojo ir trečiojo. Tačiau labiausiai naudojami pirmieji ir antrieji įstatymai, taigi šiame turinyje mes diskutuosime ir diferencijuosime pirmąjį ir antrąjį įstatymus.
Palyginimo diagrama
| Palyginimo pagrindas | Pirmasis termodinamikos dėsnis | Antrasis termodinamikos dėsnis |
|---|---|---|
| Pareiškimas | Energijos negalima nei sukurti, nei sunaikinti. | Izoliuotos sistemos entropija (sutrikimų laipsnis) niekada nemažėja, o visada didėja. |
| Išraiška | ΔE = Q + W, naudojamas apskaičiuojant vertę, jei žinomi kokie nors du dydžiai. | ΔS = ΔS (sistema) + ΔS (aplinkinė)> 0 |
| Išraiška suponuoja tai | Sistemos vidinės energijos pokytis yra lygus šilumos srauto į sistemą ir aplinkinių atliktų darbų sumai. | Bendras entropijos pokytis yra sistemos ir aplinkinės entropijos pokyčių suma, kuri padidės bet kuriame realiame procese ir negali būti mažesnė kaip 0. |
| Pavyzdys | 1. Elektrinės lemputės, kai apšviesta, elektros energiją paverčia šviesos energija (spinduliavimo energija) ir šilumos energija (šilumine energija). 2. Augalai fotosintezės metu saulės šviesą (šviesos ar spinduliuotės energiją) paverčia chemine energija. | 1. Mašinos labai naudingą energiją, pavyzdžiui, kurą, paverčia mažiau naudinga energija, kuri nėra lygi energijai, sunaudotai pradedant procesą. 2. Kambario šildytuvas sunaudoja elektros energiją ir išleidžia šilumą į kambarį, tačiau mainais kambarys negali tiekti tokios pačios energijos šildytuvui. |
Pirmojo termodinamikos dėsnio apibrėžimas
Pirmasis termodinamikos dėsnis teigia, kad „ energijos negalima nei kurti, nei sunaikinti “, ją galima transformuoti tik iš vienos būsenos į kitą. Tai dar vadinama apsaugos įstatymu.
Aukščiau pateiktą teiginį galima paaiškinti daugybe pavyzdžių, pavyzdžiui, elektros lempute, kuri naudoja elektros energiją ir paverčiama šviesos ir šilumos energija.
Visų rūšių mašinos ir varikliai naudoja vienokį ar kitokį kurą, kad galėtų atlikti darbus ir duoti skirtingus rezultatus. Net gyvieji organizmai valgo maistą, kuris virškinamas ir suteikia energijos įvairiai veiklai.
ΔE = Q + W
Tai galima išreikšti paprasta lygtimi kaip ΔE, tai yra, kad vidinės sistemos energijos pokytis yra lygus šilumos (Q), tekančios per aplinkinių ribas, sumai ir darbas yra atliekamas (W) ant sistema aplinkinių. Bet tarkime, jei šilumos srautas būtų už sistemos ribų, „Q“ būtų neigiamas. Panašiai, jei darbą atliko sistema, „W“ taip pat bus neigiamas.
Taigi galime pasakyti, kad visas procesas priklauso nuo dviejų veiksnių, kurie yra šiluma ir darbas, o nedidelis jų pasikeitimas pakeis sistemos vidinę energiją. Bet kaip mes visi žinome, kad šis procesas nėra toks spontaniškas ir nėra pritaikomas kiekvieną kartą, kaip ir energija niekada savaime neištekės iš žemesnės temperatūros į aukštesnę.
Antrojo termodinamikos dėsnio apibrėžimas
Yra keletas būdų, kaip išreikšti antrąjį termodinamikos dėsnį, tačiau prieš tai turime suprasti, kodėl antrasis įstatymas buvo įvestas. Mes manome, kad realiame kasdienio gyvenimo procese turėtų atitikti pirmasis termodinamikos dėsnis, tačiau jis nėra privalomas.
Pvz., Apsvarstykite elektros lemputę kambaryje, kuri aprėps elektros energiją į šilumos (šiluminę) ir šviesos energiją, o kambarys taps apšviestas, tačiau atvirkščiai neįmanoma, jei mes tiekiame tokį patį šviesos ir šilumos kiekį lemputę, ji virsta elektros energija. Nors šis paaiškinimas neprieštarauja pirmajam termodinamikos dėsniui, realybėje jis taip pat neįmanomas.
Remiantis Kelvin-Plancks teiginiu: „Neįmanoma bet kokio prietaiso, kuris veikia cikle, gauna šilumą iš vieno rezervuaro ir 100% paverčia jį darbu, ty nėra šilumos variklio, kurio šiluminis efektyvumas būtų 100%“. .
Netgi Clausius teigė, kad „neįmanoma sukonstruoti ciklo metu veikiančio prietaiso ir perduoti šilumą iš žemos temperatūros rezervuaro į aukštos temperatūros rezervuarą, jei nėra išorinio darbo“.
Taigi iš aukščiau pateikto teiginio akivaizdu, kad Antrasis termodinamikos dėsnis paaiškina, kaip energijos virsmas vyksta tik tam tikra kryptimi, o tai neišaiškinta pirmajame termodinamikos dėsnyje.
Antrasis termodinamikos dėsnis, dar žinomas kaip Padidėjusios entropijos dėsnis, teigiantis, kad laikui bėgant sistemos entropija ar sutrikimų laipsnis visada didės. Padarykite pavyzdį, kad pradėjus bet kokį darbą su visais planavimais, darbo eigos metu mes labiau susipainiojame. Taigi, ilgėjant laikui, didėja ir sutrikimai ar dezorganizacija.
Šis reiškinys galioja visose sistemose, nes naudojant naudingą energiją bus sunaudota nenaudinga energija.
ΔS = ΔS (sistema) + ΔS (aplinkinė)> 0
Kaip aprašyta anksčiau, delS, kurie yra visiški entropijos pokyčiai, yra sistemos ir aplinkinių entropijos pokyčių suma, kuri padidės bet kuriame realiame procese ir negali būti mažesnė kaip 0.
Pagrindiniai skirtumai tarp pirmojo ir antrojo termodinamikos įstatymų
Žemiau pateikiami svarbiausi punktai, skirti atskirti pirmąjį ir antrąjį termodinamikos įstatymus:
- Pagal pirmąjį termodinamikos įstatymą „Energija negali būti nei sukuriama, nei sunaikinama, ją galima transformuoti tik iš vienos formos į kitą“. Pagal antrąjį termodinamikos įstatymą, kuris nepažeidžia pirmojo įstatymo, tačiau sako, kad energija, kuri virsta iš vienos būsenos į kitą, ne visada naudinga ir 100% sunaudota. Taigi galima teigti, kad „izoliuotos sistemos entropija (sutrikimų laipsnis) niekada nemažėja, o visada didėja“.
- Pirmasis termodinamikos dėsnis gali būti išreikštas ΔE = Q + W, naudojamas vertei apskaičiuoti, jei žinomi kokie nors du dydžiai, tuo tarpu antrasis termodinamikos dėsnis gali būti išreikštas ΔS = ΔS (sistema) + ΔS ( aplinkiniai)> 0 .
- Išraiškos reiškia, kad sistemos vidinės energijos pokytis yra lygus šilumos srauto į sistemą ir aplinkinių pagal Pirmąjį įstatymą sistemos atliktų darbų sumai. Antrajame įstatyme bendras entropijos pokytis yra sistemos ir aplinkinės entropijos pokyčių suma, kuri padidės bet kuriame realiame procese ir negali būti mažesnė kaip 0.
Išvada
Šiame straipsnyje mes aptarėme termodinamiką, kuri neapsiriboja fizika ar mašinomis, tokiomis kaip šaldytuvai, automobiliai, skalbimo mašina, tačiau ši sąvoka taikoma kiekvienam kasdieniame darbe. Nors čia mes išskyrėme du painiausius Termodinamikos įstatymus, nes, kaip žinome, yra dar du, kuriuos lengva suprasti ir kurie nėra taip prieštaringi.
