A termodinamika első törvénye az energiamegtakarításhoz kapcsolódik, míg a termodinamika második törvénye szerint a termodinamikai folyamatok egy része megengedhetetlen, és nem teljes mértékben követi az első termodinamikai törvényt.
A „ termodinamika ” szó a görög szavakból származik, ahol a „Thermo” hőt jelent, a „dinamika” pedig energiát jelent. A termodinamika tehát az energia tanulmányozása, amely különféle formákban létezik, például fény, hő, elektromos és kémiai energia.
A termodinamika a fizika és az ahhoz kapcsolódó terület, például a kémia, anyagtudomány, környezettudomány stb. Nagyon fontos része, míg a „törvény” a szabályok rendszerét jelenti. Ezért a termodinamikai törvények foglalkoznak az energia egyik formájával, amely a hő, viselkedésük különböző körülmények között, összhangban a mechanikai munkával.
Noha tudjuk, hogy négy termodinamikai törvény létezik, kezdve a nullás törvényt, az első törvényt, a második törvényt és a harmadik törvényt. De a leggyakrabban használt az első és a második törvény, ezért ebben a tartalomban az első és a második törvényt fogjuk megvitatni és megkülönböztetni.
Összehasonlító táblázat
| Az összehasonlítás alapja | A termodinamika első törvénye | A termodinamika második törvénye |
|---|---|---|
| Nyilatkozat | Az energiát sem nem lehet létrehozni, sem pusztítani. | Az izolált rendszer entrópiája (rendellenességi fok) soha nem csökken, hanem mindig növekszik. |
| Kifejezés | ΔE = Q + W, az érték kiszámításához használják, ha bármelyik két mennyiség ismert. | ΔS = ΔS (rendszer) + ΔS (környező)> 0 |
| A kifejezés azt jelenti | A rendszer belső energiájának változása megegyezik a rendszerbe áramló hő és a környező által a rendszeren végzett munka összegével. | Az entrópia teljes változása a rendszer és a környezet entrópiájának azon változásának összege, amely bármely valós folyamatnál növekedni fog, és nem lehet kevesebb, mint 0. |
| Példa | 1. Az elektromos izzók, amikor a világít, az elektromos energiát fényenergiává (sugárzó energiává) és hőenergiává (hőenergiává) konvertálják. 2. A növények a napfényt (fény vagy sugárzó energiát) kémiai energiává alakítják a fotoszintézis során. | 1. A gépek a nagyon hasznos energiát, például az üzemanyagokat, kevésbé hasznos energiává alakítják át, amely nem egyenlő a folyamat indítása során felvett energiával. 2. A helyiségben található melegítő felhasználja az elektromos energiát, és hőt bocsát ki a helyiségben, de a szoba cserébe nem képes ugyanazt az energiát biztosítani a fűtőberendezéshez. |
A termodinamika első törvényének meghatározása
A termodinamika első törvénye kimondja, hogy „az energiát sem nem szabad létrehozni, sem pusztítani ” csak az egyik állapotból a másikba lehet átalakítani. Ezt a természetvédelmi törvényt is ismertek.
Sok példa magyarázza a fenti állítást, mint például egy villanykörte, amely villamos energiát használ fel, és fény- és hőenergiává alakítja.
Mindenféle gép és motor egy vagy több üzemanyagot használ a munka elvégzéséhez és a különféle eredmények kiadásához. Még az élő szervezetek is olyan ételt esznek, amely megemészti és energiát nyújt különféle tevékenységek elvégzéséhez.
ΔE = Q + W
Ez az egyszerű egyenlettel fejezhető ki, mint ΔE, amely szerint a rendszer belső energiájának változása megegyezik a hő (Q) összegével, amely a környező határain át áramlik, és a munkát (W) a rendszer a környező által. Tegyük fel, ha a hőáram a rendszeren kívülre esne, akkor a 'Q' negatív lenne, ugyanúgy, ha a munkát a rendszer végzi, akkor a 'W' szintén negatív lesz.
Tehát azt mondhatjuk, hogy az egész folyamat két tényezőre támaszkodik, amelyek a hő és a munka, és ezek kis változása a rendszer belső energiájának megváltozását eredményezi. De amint valamennyien tudjuk, hogy ez a folyamat nem olyan spontán, és nem alkalmazható minden alkalommal, mint például az energia soha nem spontán folyik alacsonyabb hőmérsékletről magasabb hőmérsékletre.
A termodinamika második törvényének meghatározása
A termodinamika második törvényének kifejezésére számos módszer létezik, de ezt megelőzően meg kell értenünk, hogy miért vezették be a második törvényt. Úgy gondoljuk, hogy a mindennapi élet tényleges folyamatában a termodinamika első törvényének meg kell felelnie, de ez nem kötelező.
Vegyünk például egy olyan izzót egy helyiségben, amely az elektromos energiát hőre (hőre) és könnyű energiára takarja, és a helyiség megvilágosodik, de az ellenkezője nem lehetséges, ha ugyanolyan mennyiségű fényt és hőt szolgáltatunk a az izzó, akkor átalakul elektromos energiává. Bár ez a magyarázat nem ellentétes a termodinamika első törvényével, a valóságban ez sem lehetséges.
A Kelvin-Plancks nyilatkozata szerint „lehetetlen egyetlen olyan készülék számára, amely ciklusban működik, hőt kap egyetlen tartályból, és 100% -át munkássá alakítja, azaz nincs olyan hőmotor, amely 100% hőhatékonysággal rendelkezik” .
Még Clausius is kijelentette, hogy "lehetetlen olyan cikket felépíteni, amely ciklusban működik, és külső munka hiányában hőt továbbít az alacsony hőmérsékletű tartályból a magas hőmérsékletű tartályba".
A fenti állításból tehát egyértelmű, hogy a második termodinamikai törvény megmagyarázza, hogyan történik az energiaátalakítás csak egy adott irányban, amit a termodinamika első törvénye nem tisztáz.
A megnövekedett entrópiás törvénynek is nevezett második termodinamikai törvény, amely azt mondja, hogy az idő múlásával a rendszer entrópiája vagy rendellenességi foka mindig növekszik. Tegyünk egy példát arra, hogy miért zavartak össze jobban, miután a munka előrehaladtával megkezdtük az összes tervezést. Tehát az idő növekedésével a rendellenességek vagy a rendezetlenség is növekszik.
Ez a jelenség minden rendszerben alkalmazható, mivel hasznos energia felhasználásával a felhasználhatatlan energiát el fogják adni.
ΔS = ΔS (rendszer) + ΔS (környező)> 0
Mint korábban leírtuk, a delS, amely az entrópia teljes változása, a rendszer és a környezet entrópiájának azon változásának összege, amely bármely valós folyamatnál növekedni fog, és nem lehet kevesebb, mint 0.
A termodinamika első és második törvénye közötti legfontosabb különbségek
Az alábbiakban bemutatjuk azokat a lényeges pontokat, amelyek megkülönböztetik a termodinamika első és második törvényét:
- A termodinamikai első törvény szerint „az energiát sem nem lehet sem létrehozni, sem pusztítani, csak az egyik alakból a másikba lehet átalakítani”. A termodinamikai második törvény szerint, amely nem sérti az első törvényt, de azt mondja, hogy az energia, amely az egyik állapotból a másikba transzformálódik, nem mindig hasznos és 100% -ban figyelembe vett. Tehát kijelenthető, hogy "egy izolált rendszer entrópiája (rendellenességi fok) soha nem csökken, inkább mindig növekszik".
- A termodinamika első törvénye ΔE = Q + W formátumban fejezhető ki, az érték kiszámításához használjuk, ha bármilyen két mennyiség ismert, míg a termodinamika második törvényét ΔS = ΔS (rendszer) + ΔS ( környező)> 0 .
- A kifejezések azt sugallják, hogy a rendszer belső energiájának változása megegyezik a rendszerbe áramló hő áramlásának és a rendszer által a környező által az első törvényben elvégzett munka összegének. A második törvényben az entrópia teljes változása a rendszer és a környezet entrópiájának azon változásának összege, amely bármely valós folyamatnál növekedni fog, és nem lehet kevesebb, mint 0.
Következtetés
Ebben a cikkben megvitattuk a termodinamikát, amely nem korlátozódik a fizikára vagy a gépekre, például hűtőszekrényekre, autókra, mosógépre, de ez a koncepció mindenki mindennapi munkájára alkalmazható. Noha itt megkülönböztettük a termodinamika két leginkább zavaró törvényét, tudjuk, hogy vannak még kettő, amelyek könnyen érthetők és nem annyira ellentmondásosak.
