Второе начало термодинамики
Второй закон термодинамики гласит, что при переходе энергии из одной формы в другую или свободном движении материи энтропия (расстройство) в замкнутой системе возрастает.
Разница в температуре, давлении и плотности через некоторое время выравнивается по горизонтали. Из-за силы тяжести плотность и давление не выравниваются по вертикали. Плотность и давление в нижней части будут больше, чем в верхней.
Энтропия - это мера распространения материи и энергии везде, где есть доступ.
Наиболее распространенная формулировка второго закона термодинамики в основном благодаря Рудольфу Клаузиусу:
Другими словами, все старается поддерживать одну и ту же температуру с течением времени.
Существует множество положений второго закона, в которых используются разные термины, но все они означают одно и то же. Другое утверждение Клаузиуса:
Тепло не может само по себе перейти из холодного в горячее тело.
Эквивалентное заявление лорда Келвина:
Преобразование, единственным конечным результатом которого является преобразование тепла, извлеченного из источника при постоянной температуре, в работу, невозможно.
Второй закон применяется только к большим системам. Второй закон касается вероятного поведения системы, в которой ни энергия, ни материя не попадают внутрь и не выходят наружу. Чем больше система, тем больше вероятность того, что второй закон будет верен.
Простая стилизованная схема парокомпрессионного цикла охлаждения теплового насоса: 1) конденсатор, 2) расширительный клапан, 3) испаритель, 4) компрессор.
Обзор
В общем смысле, второй закон гласит, что разница температур между системами, находящимися в контакте друг с другом, имеет тенденцию к выравниванию, и что работа может быть получена из этих неравновесных различий, но что потеря тепловой энергии происходит, когда работа выполнена и энтропия увеличивается. Давление, плотность и разница температур в изолированной системе, как правило, выравниваются, если предоставляется возможность; плотность и давление, но не температура, подвержены влиянию гравитации. Тепловой двигатель - это механическое устройство, обеспечивающее полезную работу от разницы температур двух корпусов.
Цитаты
| “ | Закон, который энтропия всегда увеличивает, занимает, я думаю, высшую позицию среди законов Природы. Если кто-то укажет вам, что ваша любимая теория Вселенной не согласуется с уравнениями Максвелла - тем хуже для уравнений Максвелла. Если обнаруживается, что это противоречит наблюдениям - ну, эти экспериментаторы иногда делают пробки. Но если будет установлено, что Ваша теория противоречит второму закону термодинамики, я не могу дать Вам никакой надежды; для этого нет ничего, кроме как обрушиться в глубочайшее унижение. | ” |
- Сэр Артур Стэнли Эддингтон, "Природа физического мира" (1927).
| “ | Стремление к увеличению энтропии в изолированных системах выражается во втором законе термодинамики - пожалуй, самой пессимистичной и аморальной формулировке во всей человеческой мысли. | ” |
-Грэг Хилл и Керри Торнли, Принсипиа Диссордия (1965 г.)
| “ | Существует почти столько же формулировок второго закона, сколько и обсуждений по нему. | ” |
- Философ/физик П.В. Бриджман, (1941 г.)
Разное
- Фландрия и Свон выпустили свод положений Второго закона термодинамики к музыке под названием "Первый и Второй закон".
- Экономист Николас Жоржеску-Роэген показал значение права энтропии в области экономики (см. его работу "Право энтропии и экономический процесс" (1971), Гарвардский университет Пресс).
Вопросы и ответы
В: Что такое второй закон термодинамики?
О: Второй закон термодинамики гласит, что когда энергия переходит из одной формы в другую или материя свободно перемещается, энтропия (беспорядок) в замкнутой системе возрастает.
В: Что имеет тенденцию выравниваться по горизонтали с течением времени?
О: Различия в температуре, давлении и плотности имеют тенденцию выравниваться по горизонтали через некоторое время.
В: Почему плотность и давление не выравниваются по вертикали?
О: Под действием силы тяжести плотность и давление не выравниваются по вертикали. Плотность и давление внизу будут больше, чем вверху.
В: Что такое энтропия?
О: Энтропия - это мера распространения материи и энергии везде, куда они имеют доступ.
В: Какова наиболее распространенная формулировка второго закона термодинамики?
О: Наиболее распространенная формулировка второго закона термодинамики, по сути, принадлежит Рудольфу Клаузиусу: все стремится поддерживать одну и ту же температуру с течением времени.
В: Каково еще одно высказывание Клаузиуса относительно второго закона термодинамики?
О: Еще одно утверждение Клаузиуса заключается в том, что тепло само по себе не может перейти от более холодного тела к более горячему.
В: К какому типу систем применим второй закон термодинамики?
О: Второй закон термодинамики применим только к большим системам, в которые энергия или материя не попадает и не уходит. Чем больше система, тем больше вероятность того, что второй закон будет верен.
