Головна

Закони (початку) класичної термодинаміки

  1. I початок термодинаміки
  2. II. Основи молекулярної фізики і термодинаміки
  3. II. Основи молекулярної фізики і термодинаміки
  4. III закон термодинаміки
  5. III. 1. Закони та закономірності навчання
  6. У класичній моделі макроекономічної рівноваги зміна сукупного попиту ...
  7. У класичній теорії розглядають молекули з жорсткою зв'язком між атомами; для них i збігається з числом ступенів свободи молекули.

Перший початок термодинаміки

закон збереження і перетворення енергії - Кількість теплоти, що повідомляється системі, йде на зміну її внутрішньої енергії і на здійснення системою роботи проти зовнішніх сил (сучасне формулювання). - «Енергія не створюється і не знищується, але може перетворюватися з однієї форми в іншу»

Згідно з цим законом, при будь-яких хімічних, фізичних взаємодіях, при будь-якому переміщенні речовини, при будь-якій зміні температури енергія не виникає і не зникає, лише перетворюється з одного виду в інший.

Закон має на увазі, що в результаті перетворень енергії ніколи не можна отримати її більше, ніж витрачено: вихід енергії завжди дорівнює її витратам, не можна ні з чого отримати щось, за все потрібно платити.

Закон збереження енергії - один з основних законів природи. Він справедливий для будь-яких явищ і процесів, що протікають в природі або створюваних людиною.

Він пов'язаний з абсолютністю, несотворімость і незнищенність руху матерії; охоплює всі можливі форми руху, будь-які види взаємодій і в ізольованих системах виконується з абсолютною точністю. Цей закон встановлює загальну властивість якісно різних форм руху матерії переходити один в одного в строго певних кількостях. Закон висловлює зв'язок між різними видами енергії в процесах, де відбувається перетворення форм руху матерії. Він також може виражати незмінність величини певного виду енергії, а то й відбувається зміни форм руху матерії.

Значення цього закону полягає в тому, що він фактично ліквідує кордону між окремими науками і областями природних наук і пов'язує в єдине ціле всі природні явища.

Але можна подумати, що енергія завжди буде існувати в достатній кількості. Однак якщо ви будете їздити на автомобілі, наповнивши бак бензином, або у вас буде поступово сідати батарейка кишенькового ліхтарика, ви будете щось втрачати. Що? Якість енергії.

Безліч дослідів показують, що в процесі будь-якого перетворення енергії з одного виду в інший завжди відбувається зниження якості енергії, Або зменшується кількість корисної енергії.

під якістю енергії розуміють міру її ефективності, або здатність здійснювати корисну роботу.

Другий закон термодинаміки

Все, що ми спостерігаємо в природі, сформульовано в 2-му законі термодинаміки. Можливо кілька формулювань:

1)

при будь-якому переході з одного виду в інший кілька первинної енергії завжди втрачає свою якість і, отже, здатність виконувати корисну роботу

2)

неможлива мимовільна передача теплоти від більш холодного до більш гарячого тіла

3)

2-ий закон термодинаміки має на увазі також, що ми практично ніколи не можемо відновити або повторно використовувати високоякісну енергію для виконання корисної роботи. Будучи одного разу використаної, енергія, яка містилася в хлібі, бензині, кам'яному вугіллі, шматку урану, виконує роботу і розсіюється в навколишньому середовищі у вигляді низькоякісного тепла.

Результати численних спостережень показують, що на відміну від механічних процесів, теплові процеси незворотні.

Будь-яка замкнута система з плином часу прагне перейти в стан термодинамічної рівноваги. Досягнувши стану термодинамічної рівноваги, замкнута фізична система залишається в ньому як завгодно довго.

Таким чином, Все термодинамічні процеси в замкнутих фізичних системах є незворотними і носять спрямований характер.

Австрійський фізик Людвіг Едуард Больцман (1844-1906) стверджував, що, коли довільна система тел буде надана сама собі і не буде схильна до дії інших тіл, завжди може бути вказаний напрямок, в якому буде відбуватися кожну зміну стану.

Напрямок протікання процесів характеризується функцією стану - ентропією, яка неотрицательна, максимальна в стані термодинамічної рівноваги, і звідси випливає висновок:

4)

всяка замкнута система тел прагне до певного стану (стану термодинамічної рівноваги), для якого ентропія буде максимальною

Напрямок та протягом всіх реальних процесів задається зміною S. Всі реальні процеси необоротні (в ізольованій системі) і спрямовані в бік збільшення S.

Л.Больцман дав статистичну інтерпретацію другого закону термодинаміки і розкрив його імовірнісний характер.

Стан термодинамічної рівноваги володіє найбільшою ймовірністю здійснення. При переході системи з нерівноважного стану в стан рівноваги ймовірність стану зростає, система переходить від стану порядку до стану хаосу, безладу.

термін «ентропія»(S) Вживається для визначення ступеня невпорядкованості стану речовини.

ентропія (Від гр. trope - Звернення, зміна) - це міра хаотичності, безладу або невпорядкованості в системі.

Наприклад, частки газу знаходяться в хаотичному русі, вони більш невпорядковані, ніж частинки твердих тіл. Отже, ентропія газів більше, ніж ентропія твердих тіл.

Речовина високої якості, добре впорядкована або сконцентроване або високоякісна енергія - володіє низькою ентропією.

Речовина низької якості, розсіяне або енергія, що розсіюється в навколишнє середовище, характеризується високою ентропією.

Таким чином, енергія низької якості, що володіє високою ентропією, розсіяна настільки, що не здатна виконувати корисну роботу, тобто високоякісна енергія (низька ентропія) на відміну від речовини не може бути відновлена ??або використана повторно.

Розглянемо в дії 2-ий закон термодинаміки.

Приклад 1-й - Коли рухається автомобіль, в механічну енергію, що приводить його в рух, і електричну енергію всіх його систем перетворюється всього лише близько 10% одержуваної при згорянні бензину високоякісної хімічної енергії. Решта 90% у вигляді марного тепла розсіюються в навколишньому середовищі і, в кінцевому рахунку, губляться в космічному просторі.

Приклад 2-й - Коли електрична енергія проходить через дріт розжарювання, 5% цієї енергії перетворюється в корисне світлове випромінювання, а 95% у вигляді тепла розсіюється в навколишньому середовищі.

Приклад 3-й - Коли ви їсте рослинну їжу, наприклад яблуко, його високоякісна хімічна енергія в Вашому організмі перетворюється на високоякісну електричну і механічну енергії, що використовуються для руху і забезпечення інших процесів життєдіяльності, а також в низькоякісне тепло.

Таким чином, Загальна кількість концентрованої високоякісної енергії, яку ми можемо отримувати з усіх джерел, постійно скорочується, перетворюючись в низькоякісну енергію.

Всі види енергії (потенційна, кінетична, теплова, хімічна, електрична, магнітна) безпосередньо служать джерелами роботи, виробленої в природі і техніці. Робота є перетворення одного виду енергії в інший. Ентропія може служити мірою знецінення енергії.

Можна вважати цінністю енергії можливість її перетворення в корисну роботу. Чим більше виділяється теплоти, тобто чим більше S, тим менше корисна робота, тобто тим менше цінність енергії.

Третій закон термодинаміки (Закон Нернста):

при прагненні температури до абсолютного нуля ентропія будь-якої системи прагне до кінцевого межі, який не залежить від тиску, щільності або фази. Тобто ні в якому процесі, пов'язаному зі зміною ентропії, досягнення абсолютного нуля неможливо, до нього можна лише нескінченно наближатися.

Тема 4.3. Принцип зростання ентропії | Принцип зростання ентропії. Співвідношення порядку і безладу в природі.


Тема 3.5. Особливості біологічного рівня організації матерії | Основні ознаки життя | Специфіка, єдність і різноманіття живого | Рівні організації живих систем | Популяційно-видовий рівень | біоценотіческій рівень | біосферний рівень | Ідеї ??детермінізму | Динамічні і статистичні закономірності в природі | Тема 4.2. Концепції квантової механіки |

© 2016-2022  um.co.ua - учбові матеріали та реферати