2023 Autor: Jake Johnson | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-05-24 23:12
Drugi zakon termodinamike ili drugi princip termodinamike izražava, sažeto, da "količina entropije bilo kojeg termodinamički izolovanog sistema ima tendenciju da raste s vremenom, sve dok ne dostigne maksimalnu vrijednost". Ali razumno, kada jedan dio zatvorenog sistema stupi u interakciju s drugim dijelom, energija teži da se podijeli jednako, sve dok sistem ne dostigne termičku ravnotežu.
Dok prvi zakon termodinamike uspostavlja očuvanje energije u bilo kojoj transformaciji, drugi zakon uspostavlja uslove da se termodinamičke transformacije dogode.
U opštem smislu, drugi zakon termodinamike kaže da razlike između sistema u kontaktu imaju tendenciju da se izjednače. Razlike u pritisku, gustoći i, posebno, razlike u temperaturi imaju tendenciju da se izjednače.
To znači da će izolovani sistem dostići ujednačenu temperaturu. Toplotni stroj je onaj koji proizlazi iz efikasnog rada zahvaljujući temperaturnoj razlici dva tijela. Pošto svaka termodinamička mašina zahteva temperaturnu razliku, sledi da se iz izolovanog sistema u toplotnoj ravnoteži ne može izvući nikakav koristan rad, odnosno da će zahtevati spoljno snabdevanje energijom.
Drugi zakon se često koristi kao razlog zašto ne možetestvoriti vječni motor.
Drugi zakon termodinamike je izražen na mnogo različitih načina. Ukratko, to se može izraziti ovako:
Nemoguće je napraviti uređaj koji radi, u skladu sa ciklusom, i koji ne proizvodi druge efekte, pored prenosa toplote sa hladnog tela na toplo telo.
Drugim riječima:
Nemoguće je napraviti uređaj koji sam po sebi, odnosno bez intervencije spoljašnje sredine, uspeva da prenese toplotu sa jednog tela na drugo veće temperature.
Clausiusova izjava
Iz ove izjave se može utvrditi nemogućnost “idealnog frižidera”. Dakle, svaki rashladni uređaj, kako bi uklonio toplinu iz okoline, proizvodit će više topline izvana.
Nemoguće je napraviti uređaj koji radi u termodinamičkom ciklusu i ne proizvodi druge efekte osim podizanja težine i promjene topline s jednim termalnim rezervoarom
Drugim riječima:
Nemoguće je napraviti uređaj koji sam po sebi, odnosno bez intervencije spoljašnje sredine, u potpunosti transformiše toplotu apsorbovanu iz izvora na datoj ujednačenoj temperaturi u rad.
Kelvin-Planck izjava.
Iz ove izjave slijedi nemogućnost “idealnog motora”. Svaka mašina će proizvoditi energiju koja će se koristiti, a njen dio će se izgubiti u toplini. Ovo je već citirao Carnot (Nicolás Leonard Sadi Carnot – francuski fizičar 1796 – 1832):Za transformaciju toplote u kinetičku energiju koristi se termalni motor, međutim on nije 100% efikasan u konverziji.
Neki autori takvu izjavu nazivaju Kelvinovim “postulatom” i opisuju je na ovaj način: Nijedan proces nije moguć u kojem je jedini rezultat apsorpcija toplote iz rezervoara i njeno potpuno pretvaranje u rad.
Carnotova izjava se takođe može povezati sa ovim definicijama: Da bi toplotni motor obavio posao, neophodna su dva izvora toplote različitih temperatura.
Grafički se može izraziti zamišljanjem kotla parnog broda. Ovo ne bi moglo proizvesti rad da nije bilo činjenice da je para na visokim temperaturama i pritisku u odnosu na okolni medij.
Drugi način da se sagleda drugi zakon termodinamike je gledanje na njegovu relevantnost. Prvi istinski zakon, princip energetskog knjigovodstva: energetske parcele se moraju dodati. Odnosno, prvi zakon se bavi količinama energije. Drugi zakon, u međuvremenu, govoreći da se kinetička energija (na primjer) može u potpunosti transformirati u toplinsku energiju (toplotu), ali ne obrnuto, ukazuje na kvalitet energije:
Primjer, možete zamisliti automobil koji putuje brzinom od 50 km/h. Odjednom je zaustavljen. Sva njegova kinetička energija će se na kraju pretvoriti u unutrašnju energiju kako se kočione pločice (i drugi izvori trenja) zagrijavaju. Konačno će se određena količina topline prenijeti u okolinu. U međuvremenu, ako odustanemistu količinu toplote za automobil (ili za kočnicu), on ne bi napustio mjesto.
Takva pitanja efikasnosti imaju duboke implikacije u dizajnu mašina, opreme i raznih industrijskih procesa.
Matematički se to izražava ovako:
gdje je S entropija i simbol jednakosti postoji samo kada je entropija na svojoj maksimalnoj vrijednosti (u ravnoteži).
Drugi način da se drugi zakon jednostavno izrazi je: Entropija izolovanog sistema nikada ne opada. Ali uobičajeno je tumačenje da drugi zakon ukazuje da se entropija sistema nikada ne smanjuje. To zaista ukazuje samo na trend, odnosno samo ukazuje na to da je krajnje malo vjerovatno da će se entropija zatvorenog sistema smanjiti u bilo kojem trenutku.
Budući da je entropija povezana sa brojem konfiguracija iste energije koju dati sistem može imati, možemo koristiti subjektivni koncept nereda da olakšamo razumijevanje drugog zakona) iako entropija nije suštinski nered). Drugim riječima, drugi zakon kaže, otprilike, da poremećaj izolovanog sistema može samo rasti ili ostati isti.
