La seconda legge della termodinamica. Interpretazione, giustificazione teorica e pratica

In fisica, poiché è una scienza esatta, la maggior parte dei dogmi è dimostrata empiricamente. È così che è stata derivata la seconda legge della termodinamica, che è attualmente in fase di studio in ogni scuola. Processi termici irreversibili - questo è quello che dice. Vale la pena notare che nelle fasi iniziali dello studio, tale interpretazione è molto più comprensibile.

Viste generali

Il principio fisico che limita la direzione dei vari processi in sistemi termodinamici è la seconda legge della termodinamica. La definizione di questo termine è stata formata nel 19 ° secolo, prima da Rudolf Clausis, e poi da William Thomson (Lord Kelvin). Secondo i due postulati nel mondo non può esistere una specie di macchina perpetua del secondo tipo. Non c'è e non sarà una tale installazione che si surriscalderebbe, emanante da tutte le cose, esseri viventi e fenomeni, trasformata in energia per il suo lavoro permanente. Sulla base di questo, è stata derivata la regola che l'efficienza non può essere uguale a uno. Questo può essere paragonato al funzionamento del frigorifero, dove la temperatura, ad esempio, sarà uguale a zero assoluto. In tali condizioni, lo scambio circolare di calore è escluso.

Formulazione Rudolph Clausis

Il primo ha espresso il secondo legge della termodinamica R. Clausis - Fisico e matematico tedesco. Secondo lui, un processo circolare in cui si ottiene il risultato trasferendo il calore da un corpo meno riscaldato a uno più caldo è impossibile. In altre parole, la temperatura totale o parziale può liberamente passare da un corpo più caldo a uno più freddo, ma questo processo non può avvenire nella direzione opposta. Questo ci dimostra chiaramente l'assenza di ciclicità, un circolo vizioso. Tali concetti sono inaccettabili per la termodinamica. Il calore viene semplicemente scambiato tra i corpi, e come risultato di queste azioni non viene prodotta energia in eccesso.

Postulato derivato da Lord Kelvin

Una definizione simile della seconda legge della termodinamica ricevuta negli scritti di Thomson - fisico e meccanico britannico. In teoria, suona come questo: "Un processo ciclico, il cui unico risultato potrebbe essere il lavoro ottenuto raffreddando un corpo o un serbatoio caldo, è impossibile." Per capire meglio questa interpretazione, immaginiamo una certa macchina (non può esistere secondo il postulato termodinamico). Raffredda periodicamente il serbatoio con acqua costantemente calda, ricevendo da questa energia termica. A causa di questa energia, la macchina solleva diversi carichi come una gru da costruzione. In questo caso non ci sono motori, centrali elettriche e altri dispositivi di riempimento meccanici. In termini di fisica empirica, questo è impossibile.

Cosa è comune?

Ora considereremo come queste due interpretazioni sono combinate e su cui si basa in linea di principio la seconda legge della termodinamica. L'entropia è la misura del caos che aumenta nel processo di scambio di calore. Che sia un elemento di collegamento per la descrizione di Clausis e Kelvin. Ma torniamo un po '. La seconda legge della termodinamica dice che quando si scambia il calore, l'energia diminuisce (quindi, ottenere un lavoro non è affatto possibile), ma allo stesso tempo aumenta la misura del caos. Questo processo è irreversibile e viene spesso chiamato spontaneo. In termodinamica, l'entropia è costantemente moltiplicata, ma la sua distruzione è impossibile. Questo è il motivo per cui anche il 100 percento dell'energia che si trova in un corpo non può essere trasformato in lavoro.

Qual è la misura del caos?

Il concetto di entropia è stato inizialmente formulato dalla bocca di Clausis. È stato usato per determinare la misura del processo irreversibile di dissipazione di energia. Era una specie di differenza nella deviazione del processo reale dall'ideale. L'entropia nei sistemi chiusi, dove tutti i processi si verificano ciclicamente, ha un valore costante. Se il processo è irreversibile (che riguarda direttamente la termodinamica), allora l'entropia ha sempre un significato positivo. Vale anche la pena notare che la misura del caos è generata da assolutamente tutti i processi che si verificano nell'universo. Con gli indicatori costanti del volume e dell'energia di un corpo o di un serbatoio, l'entropia è in costante aumento. Se queste cifre cambiano periodicamente, allora la misura del caos può essere ridotta a causa del lavoro svolto, ma la sua completa distruzione è impossibile. Va notato che l'entropia dell'Universo non diminuisce. Resta o normale o aumenta in modo permanente.

Esempio illustrativo

La seconda legge della termodinamica può essere spiegata con un esempio standard, che viene spesso dato agli studenti. Abbiamo due corpi con temperature diverse. La sostanza più riscaldata emetterà il suo calore meno riscaldato fino a che le letture della temperatura non diventeranno uguali. Durante questo processo, l'entropia del primo corpo più caldo diminuirà di una cifra inferiore a quella che aumenterà al secondo, corpo più fresco. Di conseguenza, un tale processo spontaneo creerà l'entropia di un sistema, il cui indice sarà superiore al valore totale dell'entropia di due corpi nella posizione iniziale. In altre parole, la misura del caos del sistema di due sostanze, risultante dallo scambio di calore, è aumentata.

La morte termica dell'universo

Nel condurre le sue indagini, Clausis ha concluso che, indipendentemente da quanto fosse aperto lo spazio (il nostro pianeta, i suoi territori separati, le sue aree d'acqua, ecc.), Tutto questo è nello spazio. L'Universo, a sua volta, è il più grande spazio chiuso all'interno del quale avvengono i processi macroscopici. A causa del fatto che in un sistema chiuso, l'entropia aumenta costantemente il suo indice, il nostro mondo si avvicina al fatto che presto in esso la misura del caos raggiungerà un valore infinito. Ciò significa che tutti i processi si fermano semplicemente a causa del fatto che l'energia è esaurita. Un tale punto critico, che raggiungeremo, forse, in un certo futuro, ha ricevuto il nome di morte termica. Si scopre che tutte le nostre azioni (movimenti, deambulazione, corsa), tutti i fenomeni che si verificano sul pianeta (un soffio di vento, tsunami, movimento di placche litosferiche) - tutto ciò causa un aumento irreversibile dell'energia di entropia ed esaurimento.

Confutazione della teoria

L'uomo non può ancora giudicare dell'intero cosmo. Vediamo solo una parte del mondo in cui viviamo, e esploriamo quest'angolo, provando certe leggi e formando le nostre idee sulla base di questo. Pertanto, la prima confutazione della possibilità di morte termica, che si basa sulla seconda legge della termodinamica, è che l'Universo potrebbe non essere un sistema chiuso. È noto per certo che l'85% del cosmo è costituito da antimateria, le cui proprietà non sono note a nessuno. La seconda confutazione è che il nostro cosmo, anche se è chiuso, è una fluttuazione continua. A causa di varie fluttuazioni e cambiamenti di dimensioni, massa, energia e temperatura, l'entropia non aumenta (nel valore totale, universale) e non diminuisce. Di conseguenza, siamo già in uno stato di equilibrio termodinamico, o, nelle parole di Clausis, in uno stato di morte termica.

Riassumendo

La seconda legge della termodinamica è inestricabilmente legata allo sviluppo delle scienze esatte. Fu aperto agli albori del progresso scientifico e tecnologico e divenne, si può dire, il punto di partenza per ulteriori lavori di scienziati nel campo della matematica, della fisica e dell'astronomia. Va notato che rappresentiamo tutto questo specialmente in condizioni terrestri. È probabile che in un ambiente diverso, in cui i campi gravitazionali hanno una forza diversa, la termodinamica funzionerà secondo uno schema completamente diverso.