Другі пачатак тэрмадынамікі

Тэрмадынаміка, пачаткі:
Нулявы пачатак тэрмадынамікі
Першы пачатак тэрмадынамікі
Другі пачатак тэрмадынамікі
Трэці пачатак тэрмадынамікі

Другі пачатак тэрмадынамікі, другі закон тэрмадынамікі – палажэнне, якое ўсталёўвае скіраванасць і ўмовы працякання усіх тэрмадынамічных працэсаў.

Сутнасць

У першым законе тэрмадынамікі сцвярджаецца, што цеплыня можа ператварацца ў работу, а работа ў цеплыню, аднак нічога не гаворыцца пра ўмовы, пры якіх магчымае такое ператварэнне і зусім не асветлена пытанне пра скіраванасць тэрмадынамічнага працэсу.

Напрыклад, калі ёсць два целы, тэмпературы якіх розныя, то першаму закону тэрмадынамікі не супярэчыць пераход цеплыні ад халоднага цела да нагрэтага. У сапраўднасці такая сітуацыя немагчымая без задзейнічання дадатковай работы. Самаадвольнае ператварэнне, відавочна, ніякай дадатковай кампенсацыі не патрабуе. Гэта аснова аднаго з фундаметальных законаў Прыроды – які атрымаў назву другога пачатку тэрмадынамікі.

Фармулёўкі

Энтрапія сістэмы самаадвольна ўзрастае (імкнецца да найбольш верагоднага стану), калі убраць нутраныя абмежаванні

У аснову фармулёвак другога пачатку тэрмадынамікі пакладзены пастулаты, г.зн. палажэнні, якія не патрабуюць доказаў і з’яўляюцца вынікам вопытаў. Найбольш вядомыя фармулёўкі:

Р. Клаўзіус (1822-1888):

• Цеплыня не можа сама сабой пераходзіць ад халоднага цела да гарачага.

У. Томсан (лорд Кельвін) (1824-1907):

• Цеплыню цела немагчыма ператварыць у работу, толькі за кошт ахаладжэння гэтага цела.

В. Оствальд (1853-1932):

• Немагчыма стварыць вечны рухавік другога роду.

Л. Больцман (1844-1906):

• Прырода імкнецца ад станаў меньш верагодных да станаў больш верагодных.

С. Карно (1837-1894):

• Для пераводу цеплыні ў работу неабходна наяўнасць, акрамя крыніцы цеплыні, ахаладжальніка болей нізкай тэмпературы, то бок неабходны тэмпературны перепад. (гл. цыкл Карно).

Матэматычная мадэль

На практыцы, каб матэматычна разлічваць змены, што адбыліся ў тэрмадынамічным працэсе, ўводзяць панятак энтрапіі, як меры незваротнасці працэсу (гл. асноўны артыкул энтрапія). Тады другі пачатак тэрмадынамікі прымае выгляд:

• $dS \ge \ 0$,
  

Для цыклаў запіс другога пачатку тэрмадынамікі носіць назву інтэграла Клаўзіуса і мае наступны выгляд:

• $\oint_{} \frac{\delta Q}{T}\ge \ 0\,\,$,
  

Знак роўнасці ў першай і другой формулах адпавядае зваротным працэсам, знак няроўнасці – незваротным.

Высновы

З аналізу другога пачатку тэрмадынамікі паўстаюць наступныя высновы:

• Самаадвольныя (натуральныя) працэсы незваротныя.
  

• Энергія ізаляванай сістэмы дэградуе (пераходзіць са стану з высокім патэнцыялам да стану з нізкім патэнцыялам энергавыкарыстання).
  

• Энтрапія ізаляванай сістэмы імкнецца да максімума.
  

Апошняе выказванне ляжыць у аснове тэорыі аб цеплавой смерці Сусвету.

Тэорыя аб цеплавой смерці Сусвету

Гл. асноўны артыкул Цеплавая смерць Сусвету

Упершыню выснову аб цеплавой смерці Сусвету выказаў яшчэ ў 1852 годзе У. Томпсан (Кельвін). Згодна гэтай тэорыі, якая базуецца на другім законе тэрмадынамікі энтрапія Сусвету імкнецца да стану з максімумам (як і энтрапія любой ізаляванай сістэмы). На практыцы гэта значыць, што ўсе віды сусветнай энергіі перайдуць у энергію цеплавога руху, якая раўнамерна будзе размеркавана па ўсім Сусвеце, пасля гэтага абсалютна ўсе тэрмадынамічные працэсы павінны быць скончаныя. Такі стан адпавядаў бы цеплавой смерці Сусвету.

Гл. таксама

• Энтрапія
• Цеплавая смерць Сусвету
• Вечны рухавік
• Цыкл Карно

Літаратура

• Бурдаков В. П. Термодинамика — Москва: Дрофа, 2009., ч.1., 479 с.
  

• Жилко В. В., Лавриненко А. В., Маркович Л. Г. Физика — Минск: Народная асвета, 2002, 382 с.