Какъв Е Вторият Закон На Термодинамиката?

{h1}

Вторият закон на термодинамиката казва, простичко казано, ентропията винаги се увеличава. Този принцип обяснява например защо не можете да разградите яйце.

Законите на термодинамиката описват връзките между топлинната енергия или топлината и други форми на енергия и как енергията влияе върху материята. Първият закон за термодинамиката гласи, че енергията не може да бъде създадена или унищожена; общото количество на енергията във Вселената остава същата. Вторият закон на термодинамиката е за качество на енергия. В него се посочва, че докато енергията се прехвърля или трансформира, все повече и повече се губи. Вторият закон също така посочва, че съществува естествена склонност на всяка изолирана система да се изражда в по-нередно състояние.

Сайбал Митра, професор по физика в държавния университет в Мисури, намира, че Вторият закон е най-интересният от четирите закона на термодинамиката. "Съществуват редица начини да се посочи Вторият закон", каза той. "На много микроскопично ниво просто се казва, че ако имате система, която е изолирана, всеки естествен процес в тази система напредва в посока на нарастващо разстройство или ентропия на системата."

Митра обясни, че всички процеси водят до увеличаване на ентропията. Дори когато поръчката се увеличава на определено място, например чрез самостоятелно сглобяване на молекули за образуване на жив организъм, когато вземете предвид цялата система, включително околната среда, винаги има нетно увеличение на ентропията. В друг пример, кристали могат да се образуват от солен разтвор, когато водата се изпарява. Кристалите са по-подредени от молекулите на солта в разтвор; изпарената вода обаче е много по-безредна от течната вода. Като цяло процесът води до нетно увеличение на разстройството.

история

В книгата си "Нов вид на науката" Стивън Волфрам пише, "Около 1850 г. Рудолф Клаус и Уилям Томсън (лорд Келвин) заявяват, че топлината не преминава спонтанно от по-студено тяло към по-горещо тяло". Това стана основа за Втория закон.

Последващи произведения на Даниел Бернули, Джеймс Клерк Максуел и Лудвиг Болцман доведоха до развитието на кинетичната теория на газовете, в която газът се разпознава като облак от молекули в движение, който може да се третира статистически. Този статистически подход позволява точно изчисляване на температурата, налягането и обема според закона за идеалния газ.

Този подход доведе и до извода, че докато сблъсъците между отделните молекули са напълно обратими, т.е. те работят еднакво, когато се играят напред или назад, за голямо количество газ, скоростите на отделните молекули са склонни с течение на времето да образуват нормална или гаусска разпределение, понякога изобразявано като "крива на звънеца", около средната скорост. Резултатът от това е, че когато горещият и студен газът се поставят заедно в контейнер, в крайна сметка се озовавате с топъл газ. Топлият газ обаче никога няма да се отдели спонтанно на горещ и студен газ, което означава, че процесът на смесване на горещи и студени газове е необратим. Това често се обобщава като "Не можеш да разградиш яйце." Според Волфрам Болцман осъзнава около 1876 г., че причината за това е, че за една система трябва да има много повече неразположени държави, отколкото има подредени държави; следователно случайните взаимодействия неизбежно ще доведат до по-голямо разстройство.

Работа и енергия

Едно нещо, което Вторият закон обяснява е, че е невъзможно да се преобразува топлинната енергия в механична енергия със 100-процентова ефективност. След процеса на нагряване на газ, за ​​да се увеличи налягането му за задвижване на буталото, в газа винаги има остатъчна топлина, която не може да се използва за допълнителна работа. Тази отпадна топлина трябва да се изхвърли, като се прехвърли в радиатора. В случая на автомобилен двигател това става чрез изчерпване на отработеното гориво и въздух в атмосферата. Освен това всяко устройство с подвижни части произвежда триене, което преобразува механичната енергия в топлина, която по принцип е неизползваема и трябва да бъде отстранена от системата, като я прехвърли в радиатора. Ето защо претенциите за вечни машини за движение обикновено се отхвърлят от патентното ведомство на САЩ.

Когато горещо и студено тяло са в контакт помежду си, топлинната енергия ще тече от горещото тяло към студеното тяло, докато те достигнат топлинно равновесие, т.е. същата температура. Обаче топлината никога няма да се върне обратно по другия път; разликата в температурите на двете тела никога няма да се увеличи спонтанно. Преминаването на топлина от студено към горещо тяло изисква работа да се извършва от външен източник на енергия, като например термопомпа.

„Най-ефективните двигатели, които изграждаме в момента, са големи газови турбини“, казва Дейвид Макки, професор по физика в Държавния университет в Мисури. "Те изгарят природен газ или други газообразни горива при много висока температура, над 2000 градуса С [3600 F], а изгорелите газове са просто твърд, топъл бриз. Никой не се опитва да извлича енергия от отпадъчната топлина, защото просто няма толкова много там. "

Стрелката на времето

Вторият закон посочва, че термодинамичните процеси, т.е. процеси, които включват пренос или преобразуване на топлинна енергия, са необратими, защото всички те водят до увеличаване на ентропията. Може би едно от най-последователните последици от Втория закон според Митра е, че той ни дава термодинамичната стрелка на времето.

На теория някои взаимодействия, като сблъсъци на твърди тела или определени химически реакции, изглеждат еднакво независимо дали те се движат напред или назад. На практика обаче всички обмени на енергия са обект на неефективност, като триене и радиационни загуби на топлина, които увеличават ентропията на наблюдаваната система. Следователно, тъй като няма такова нещо като напълно обратим процес, ако някой попита каква е посоката на времето, можем да отговорим с увереност, че времето винаги тече в посока на увеличаване на ентропията.

Съдбата на Вселената

Вторият закон също предвижда края на Вселената, според Бостънския университет. "Това означава, че Вселената ще завърши в" топлинна смърт ", в която всичко е на една и съща температура. Това е крайното ниво на безредие; ако всичко е на една и съща температура, не може да се свърши работа и цялата енергия ще завършват като случайното движение на атоми и молекули. "

В далечното бъдеще звездите ще са използвали цялото си ядрено гориво, завършващо като звездни останки, като бели джуджета, неутронни звезди или черни дупки, според Маргарет Мъри Хансън, професор по физика в Университета в Синсинати. В крайна сметка те ще се изпарят в протони, електрони, фотони и неутрино, като в крайна сметка ще достигнат топлинно равновесие с останалата част на Вселената. За щастие, Джон Баез, математик-физик от Калифорнийския университет в Ривърсайд, прогнозира, че този процес на охлаждане може да отнеме до 10(10^26) (1 последвано от 1026(100 септилиона) нули) години с падане на температурата до около 10−30 К (10−30 С над абсолютна нула).

Допълнителни ресурси

Ето някои други обяснения на втория закон на термодинамиката:

  • Изследователският център на Глена на НАСА дава урок, тъй като се отнася до аеродинамиката.
  • Университетът в Калифорния, учебник по динамика на ChemWiki на Дейвис, описва закона, неговата история и приложения.
  • FT Exploring, ресурс за научно образование, обяснява Вторият закон с прости думи.


Видео Добавка: Second Law of Thermodynamics | Biology | Khan Academy.




Изследване


Как Работят Стетоскопите
Как Работят Стетоскопите

Вафла-Тънките
Вафла-Тънките "Металени" Използват Нанотехнологиите, За Да Издуха Стъкло От Водата

Наука Новини


Любимите Вкусове Се Променят С Възрастта, Шоуто На Плъхове
Любимите Вкусове Се Променят С Възрастта, Шоуто На Плъхове

Киселини В Популярната Емайл За Зъби Sodas Erode
Киселини В Популярната Емайл За Зъби Sodas Erode

Странната Илюзия За Цвят На Кожата Може Да Намали Расизма
Странната Илюзия За Цвят На Кожата Може Да Намали Расизма

Дори Новите Противозачатъчни Таблетки Могат Да Повишат Риска От Рак На Гърдата При Жените
Дори Новите Противозачатъчни Таблетки Могат Да Повишат Риска От Рак На Гърдата При Жените

Древна Земя Не Е Толкова Гореща, Колкото Се Е Смятало Преди
Древна Земя Не Е Толкова Гореща, Колкото Се Е Смятало Преди


BG.WordsSideKick.com
Всички Права Запазени!
Възпроизвеждането На Използваните Материали Оставя Само Prostanovkoy Активна Връзка Към Сайта BG.WordsSideKick.com

© 2005–2019 BG.WordsSideKick.com