Pirmais termodinamikas likums ir saistīts ar enerģijas saglabāšanu, savukārt otrais termodinamikas likums apgalvo, ka daži no termodinamikas procesiem ir nepieļaujami un pilnībā neatbilst Pirmajam termodinamikas likumam.
Vārds “ termodinamika ” ir atvasināts no grieķu vārdiem, kur “Thermo” nozīmē siltumu un “dinamika” nozīmē spēku. Tātad termodinamika ir enerģijas izpēte, kas pastāv dažādās formās, piemēram, gaismā, siltumā, elektriskajā un ķīmiskajā enerģijā.
Termodinamika ir ļoti būtiska fizikas un ar to saistītās jomas sastāvdaļa, piemēram, ķīmija, materiālu zinātne, vides zinātne utt. Tikmēr “likums” nozīmē noteikumu sistēmu. Tāpēc termodinamikas likumi attiecas uz vienu no enerģijas veidiem, kas ir siltums, to izturēšanos dažādos apstākļos, kas atbilst mehāniskajam darbam.
Lai gan mēs zinām, ka ir četri termodinamikas likumi, sākot no nulles likuma, pirmā likuma, otrā likuma un trešā likuma. Bet visbiežāk tiek izmantoti pirmie un otrie likumi, tāpēc šajā saturā mēs diskutēsim un atšķirsim pirmo un otro likumu.
Salīdzināšanas tabula
| Salīdzināšanas pamats | Pirmais termodinamikas likums | Otrais termodinamikas likums |
|---|---|---|
| Paziņojums, apgalvojums | Enerģiju nevar ne radīt, ne iznīcināt. | Izolētas sistēmas entropija (traucējumu pakāpe) nekad nesamazinās, tā vietā vienmēr palielinās. |
| Izteiksme | ΔE = Q + W, tiek izmantots vērtības aprēķināšanai, ja ir zināmi kādi divi lielumi. | ΔS = ΔS (sistēma) + ΔS (apkārtējā)> 0 |
| Izteiksme to nozīmē | Sistēmas iekšējās enerģijas izmaiņas ir vienādas ar siltuma plūsmu sistēmā un apkārtējo darbu, ko sistēma ir veikusi. | Kopējās entropijas izmaiņas ir sistēmas un apkārtējās vides entropijas izmaiņu summa, kas pieaugs jebkuram reālam procesam un nevar būt mazāka par 0. |
| Piemērs | 1. Elektriskās spuldzes, iegaismojot, pārvērš elektrisko enerģiju gaismas enerģijā (starojuma enerģijā) un siltuma enerģijā (siltumenerģijā). 2. Augi fotosintēzes procesā saules gaismu (gaismas vai starojuma enerģiju) pārvērš ķīmiskajā enerģijā. | 1. Mašīnas pārvērš ļoti noderīgo enerģiju, piemēram, degvielu, mazāk noderīgā enerģijā, kas nav vienāda ar enerģiju, kas patērēta procesa uzsākšanas laikā. 2. Telpas sildītājs izmanto elektrisko enerģiju un izdala siltumu telpā, bet pretējā gadījumā istaba nespēj nodrošināt sildītāju ar tādu pašu enerģiju. |
Termodinamikas pirmā likuma definīcija
Pirmais termodinamikas likums nosaka, ka “ enerģiju nevar ne radīt, ne iznīcināt ”, un to var pārveidot tikai no viena stāvokļa uz otru. To sauc arī par saglabāšanas likumu.
Iepriekš minēto paziņojumu var izskaidrot daudzos piemēros, piemēram, elektriskā spuldze, kas izmanto elektrisko enerģiju un pārvēršas gaismas un siltuma enerģijā.
Visu veidu mašīnās un motoros tiek izmantots kāds vai cits degviela, lai veiktu darbu un iegūtu atšķirīgus rezultātus. Pat dzīvos organismus ēdiet pārtiku, kas sagremota un dod enerģiju dažādu darbību veikšanai.
ΔE = Q + W
To var izteikt ar vienkāršu vienādojumu kā ΔE, kas ir sistēmas iekšējās enerģijas izmaiņas, kas vienādas ar siltuma (Q) summu, kas plūst pāri apkārtējā robežai, un darbs tiek veikts (W) uz apkārtējo sistēma. Bet pieņemsim, ka tad, ja siltuma plūsma izkļūtu no sistēmas, 'Q' būtu negatīvs. Līdzīgi, ja darbu veica sistēma, tad arī W būs negatīvs.
Tātad mēs varam teikt, ka viss process ir atkarīgs no diviem faktoriem, kas ir siltums un darbs, un nelielas izmaiņas tajos mainīs sistēmas iekšējo enerģiju. Bet kā mēs visi zinām, ka šis process nav tik spontāns un nav piemērojams katru reizi, piemēram, enerģija nekad spontāni neplūst no zemākas temperatūras uz augstāku.
Termodinamikas otrā likuma definīcija
Ir vairāki veidi, kā izteikt otro termodinamikas likumu, bet pirms tam mums jāsaprot, kāpēc otrais likums tika ieviests. Mēs domājam, ka faktiskajā ikdienas dzīves procesā pirmajam termodinamikas likumam vajadzētu būt izpildītam, taču tas nav obligāti.
Piemēram, apsveriet elektrisko spuldzīti telpā, kas sedz elektrisko enerģiju siltumā (termiskajā) un gaismas enerģijā, un telpa kļūs gaišāka, taču otrādi nav iespējams, ka, ja mēs nodrošināsim tādu pašu gaismas un siltuma daudzumu spuldze, tā pārvērtīsies elektriskajā enerģijā. Lai arī šis skaidrojums neiebilst pret pirmo termodinamikas likumu, patiesībā tas arī nav iespējams.
Saskaņā ar Kelvina-Plancks paziņojumu “Neviena ierīce, kas darbojas ciklā, saņem siltumu no viena rezervuāra un 100% to pārvērš darbā, ti, nav tāda siltuma dzinēja, kura siltuma efektivitāte būtu 100%”. .
Pat Clausius sacīja, ka “nav iespējams uzbūvēt ierīci, kas darbotos ciklā un pārvadīt siltumu no zemas temperatūras rezervuāra uz augstas temperatūras rezervuāru, ja nav ārēja darba”.
Tātad no iepriekšminētā apgalvojuma ir skaidrs, ka Otrajā termodinamikas likumā ir izskaidrots veids, kā enerģijas transformācija notiek tikai noteiktā virzienā, kas nav noskaidrots pirmajā termodinamikas likumā.
Otrais Termodinamikas likums, kas pazīstams arī kā Paaugstinātas entropijas likums, kurā teikts, ka laika gaitā sistēmas entropija vai traucējumu pakāpe vienmēr palielināsies. Kā piemēru var minēt to, ka, pēc darba uzsākšanas ar visiem plānojumiem, darba sakārtojot, mēs kļūdāmies vairāk. Tātad, palielinoties laikam, palielinās arī traucējumi vai dezorganizācija.
Šī parādība ir piemērojama visās sistēmās, ka, lietojot noderīgu enerģiju, tiks atdota nelietojamā enerģija.
ΔS = ΔS (sistēma) + ΔS (apkārtējā)> 0
Kā aprakstīts iepriekš, delS, kas ir kopējās entropijas izmaiņas, ir sistēmas un apkārtējās vides entropijas izmaiņu summa, kas pieaugs jebkuram reālam procesam un nevar būt mazāka par 0.
Galvenās atšķirības starp pirmo un otro termodinamikas likumu
Tālāk ir sniegti svarīgi punkti, lai atšķirtu pirmo un otro termodinamikas likumu:
- Saskaņā ar Pirmo termodinamikas likumu “enerģiju nevar ne radīt, ne iznīcināt, to var pārveidot tikai no vienas formas uz otru”. Saskaņā ar otro Termodinamikas likumu, kas nepārkāpj pirmo likumu, bet saka, ka enerģija, kas tiek pārveidota no viena stāvokļa citā, ne vienmēr ir noderīga un 100% ņemta. Tātad var apgalvot, ka “izolētas sistēmas entropija (traucējumu pakāpe) nekad nesamazinās, bet vienmēr palielinās”.
- Pirmo termodinamikas likumu var izteikt kā ΔE = Q + W, vērtību aprēķina, ja ir zināmi kādi divi lielumi, savukārt otro termodinamikas likumu var izteikt kā ΔS = ΔS (sistēma) + ΔS ( apkārtējie)> 0 .
- Izteicieni nozīmē, ka izmaiņas sistēmas iekšējā enerģijā ir vienādas ar siltuma plūsmu sistēmā un apkārtējā darbiem, ko apkārtējie veikuši Pirmajā likumā. Otrajā likumā kopējās entropijas izmaiņas ir sistēmas un apkārtējās vides entropijas izmaiņu summa, kas pieaugs jebkuram reālam procesam un nevar būt mazāka par 0.
Secinājums
Šajā rakstā mēs apspriedām termodinamiku, kas neaprobežojas tikai ar fiziku vai mašīnām, piemēram, ledusskapjiem, automašīnām, veļas mazgājamo mašīnu, bet šī koncepcija ir piemērojama ikviena cilvēka ikdienas darbam. Lai gan šeit mēs izdalījām divus mulsinošos termodinamikas likumus, kā mēs zinām, ir vēl divi, kas ir viegli saprotami un nav tik pretrunīgi.
