Второй закон термодинамики

Видео: Первый закон термодинамики. Внутренняя энергия

Еще в давние времена была подмечена закономерность распределения тепла: теплота может самопроизвольно переходить от нагретого тела с более высокой температурой к менее нагретому. Второй закон термодинамики, объясняющий этот процесс, был открыт экспериментальным путем. Впервые его суть изложил в 1824 году С. Карно, французский инженер, который определил, каким образом и при каких условиях огонь переходил в полезную работу в машинах того времени. В середине XIX столетия на основе этого немецкий ученый Рудольф Клаузиус сформулировал правило, которое сейчас известно как второй закон термодинамики. Суть его в том, что теплота никогда не переходит к более нагретому телу от менее нагретого самопроизвольно, то есть переход тепла к телу с большей температурой должен компенсироваться внешним подводом энергии. В качестве примера можно привести холодильные установки. Позднее У. Томсон и некоторые другие ученые уточнили формулировку этого закона.

Этот принцип стоит понимать даже более широко, чем в трактовке Рудольфа Клаузиуса. Возьмем, к примеру, превращение работы в теплоту. Оно может быть произведено силой трения. При этом работа переводится в теплоту полностью, без всяческих дополнительных усилий и компенсаций. Обратное превращение само по себе невозможно. Переведение полученного тепла в работу – это уже искусственный процесс, то есть требующий специальных, искусственно организованных условий.

В целом, второй закон термодинамики формулирует принципы протекания и направленности естественных процессов. Исходя из него, можно объяснить функционирование ряда приборов. Так, тепловые двигатели работают за счет разницы температур, благодаря которым тепло переходит от нагретой детали к холодной – от теплоотдатчика к теплоприемнику. И в этом случае КПД устройства не может быть стопроцентным. То есть не вся теплота превращается в работу, а лишь ее часть. Этим можно частично объяснить то, что создать вечный двигатель (второго рода) в принципе невозможно. Иными словами, никогда не изобретут устройство, которое бы полностью и без какой-либо компенсации превращало теплоту в работу. Исходя из всего сказанного выше, ученые Р. Клаузиус и У. Томпсон определили формулировку второго закона термодинамики. Во-первых, самопроизвольно теплота не может переходить от менее теплых к более теплым телам- во-вторых, не вся теплота, направленная от теплоотдатчика к теплоприемнику, переходит в полезную работу, а лишь только ее часть. Есть также несколько подобных формулировок, которые в целом являются отражением вышеприведенных. Переходя от теплопередатчика к теплоприемнику, энергия никуда не исчезает, поэтому закону о сохранении общего количества энергии не противоречит второй закон термодинамики. Определение его разрабатывалось несколькими учеными и состоит из нескольких основных тезисов, которые и рассматриваются в данной статье.

Видео: Второй закон термодинамики / The second law of thermodynamics

Процессы, которые связаны с превращением энергии, самопроизвольно могут протекать лишь в том случае, если энергия из концентрированной формы перешла в рассеянную. Одна из самых главных способностей, свойственная как людям, так и биосфере, экосистемам – это способность к низкой энтропии. Последний термин означает отношение количества тепла к величине температуры, является своего рода мерой хаоса и связан с потерей способности какой-либо системы выполнять определенную работу- при изменении объема системы или ее энергии энтропия уменьшается.

В 1865 году Р. Клаузиус окончательно сформулировал второй закон термодинамики. Энтропия, по его определению, возрастает, когда в какой-либо замкнутой неравновесной системе происходят самопроизвольные процессы.

Видео: Рик Джойнер. Второй закон термодинамики. 03.08.14г.

Второй закон термодинамики подчиняет себе так называемый принцип экологических пирамид- кроме того, он – источник Закона Линдемана, который объясняет принципы циркуляции энергии в экосистеме. Он указывает на однонаправленность (невозвратность) происходящих в природе самопроизвольных процессов. В соответствии с ним, энергия превращается в теплоту, а теплота передается более холодному телу от нагретого, что приводит к выравниванию температур на низком уровне, последствием которого является прекращение всяческих форм движения материи, или т. н. «тепловая смерть». Если говорить понятным и простым языком, то суть второго закона термодинамики такова: все самопроизвольные, естественные процессы заканчиваются хаосом, деградацией. Это можно пояснить на таком примере: если дом на долгие годы оставить без хозяина, он начнет постепенно приходить в упадок, разрушаться.