Другий закон термодинаміки

Ще в давні часи була поміченазакономірність розподілу тепла: теплота може мимовільно переходити від нагрітого тіла з більш високою температурою до менш нагрітого. Другий закон термодинаміки, яка пояснювала б цей процес, був відкритий експериментальним шляхом. Вперше його суть виклав в 1824 році С. Карно, французький інженер, який визначив, яким чином і за яких умов вогонь переходив в корисну роботу в машинах того часу. В середині XIX століття на основі цього німецький вчений Рудольф Клаузіус сформулював правило, яке зараз відоме як другий закон термодинаміки. Суть його в тому, що теплота ніколи не переходить до більш нагрітого тіла від менш нагрітого мимовільно, тобто перехід тепла до тіла з більшою температурою повинен компенсуватися зовнішнім підведенням енергії. Як приклад можна привести холодильні установки. Пізніше У. Томсон і деякі інші вчені уточнили формулювання цього закону.

Цей принцип варто розуміти навіть більш широко,ніж в трактуванні Рудольфа Клаузіуса. Візьмемо, наприклад, перетворення роботи в теплоту. Воно може бути вироблено силою тертя. При цьому робота перекладається в теплоту повністю, без усіляких додаткових зусиль і компенсацій. Зворотне перетворення саме по собі неможливо. Переведення отриманого тепла в роботу - це вже штучний процес, тобто вимагає спеціальних, штучно організованих умов.

В цілому, другий закон термодинаміки формулюєпринципи протікання і спрямованості природних процесів. Виходячи з нього, можна пояснити функціонування ряду приладів. Так, теплові двигуни працюють за рахунок різниці температур, завдяки яким тепло переходить від нагрітої деталі до холодної - від теплоотдатчика до теплоприймачу. І в цьому випадку ККД пристрою не може бути стовідсотковим. Тобто не вся теплота перетворюється в роботу, а лише її частина. Цим можна частково пояснити те, що створити вічний двигун (другого роду) в принципі неможливо. Іншими словами, будь-коли винайдуть пристрій, який би повністю і без будь-якої компенсації перетворювало теплоту в роботу. Виходячи з усього сказаного вище, вчені Р.Клаузиус і У. Томпсон визначили формулювання другого закону термодинаміки. По-перше, мимовільно теплота не може переходити від менш теплих до тепліших тіл; по-друге, не вся теплота, спрямована від теплоотдатчика до теплоприймачу, переходить в корисну роботу, а лише тільки її частину. Є також кілька подібних формулювань, які в цілому є відображенням вищенаведених. Переходячи від теплопередатчик до теплоприймачу, енергія нікуди не зникає, тому закону про збереження загальної кількості енергії не суперечить другий закон термодинаміки. Визначення його розробляли декількома вченими і складається з декількох основних тез, які і розглядаються в даній статті.

Процеси, які пов'язані з перетворенням енергії,мимовільно можуть протікати лише в тому випадку, якщо енергія з концентрованою форми перейшла в розсіяну. Одна з найголовніших здібностей, властива як людям, так і біосфері, екосистемам - це здатність до низької ентропії. Останній термін означає відношення кількості тепла до величини температури, є свого роду запобіжним хаосу і пов'язаний з втратою здатності будь-якої системи виконувати певну роботу; при зміні обсягу системи або її енергії ентропія зменшується.

У 1865 році Р. Клаузиус остаточно сформулював другий закон термодинаміки. Ентропія, за його визначенням, зростає, коли в будь-якої замкнутої нерівноважної системі відбуваються мимовільні процеси.

Другий закон термодинаміки підпорядковує собі такзваний принцип екологічних пірамід; крім того, він - джерело Закону Линдемана, який пояснює принципи циркуляції енергії в екосистемі. Він вказує на односпрямованість (невороття) відбуваються в природі мимовільних процесів. Відповідно до нього, енергія перетворюється в теплоту, а теплота передається більш холодного тіла від нагрітого, що призводить до вирівнювання температур на низькому рівні, наслідком якого є припинення усіляких форм руху матерії, або т. Зв. «Теплова смерть». Якщо говорити зрозумілою і простою мовою, то суть другого закону термодинаміки така: все мимовільні, природні процеси закінчуються хаосом, деградацією. Це можна пояснити на такому прикладі: якщо будинок на довгі роки залишити без господаря, він почне поступово приходити в занепад, руйнуватися.