Втори закон на термодинамиката
Вторият закон на термодинамиката гласи, че когато енергията преминава от една форма в друга или материята се движи свободно, ентропията (безпорядъкът) в затворената система се увеличава.
Разликите в температурата, налягането и плътността обикновено се изравняват хоризонтално след известно време. Поради силата на гравитацията плътността и налягането не се изравняват вертикално. Плътността и налягането на дъното ще бъдат по-големи, отколкото на върха.
Ентропията е мярка за разпространението на материята и енергията навсякъде, където те имат достъп.
Най-разпространената формулировка на втория закон на термодинамиката се дължи основно на Рудолф Клаузиус:
С други думи, всичко се опитва да поддържа една и съща температура във времето.
Съществуват много твърдения за втория закон, които използват различни термини, но всички означават едно и също нещо. Друго твърдение на Клаузиус е:
Топлината не може сама по себе си да премине от по-студено към по-топло тяло.
Еквивалентното твърдение на лорд Келвин е:
Невъзможно е преобразуване, чийто единствен краен резултат е превръщането на топлина, извлечена от източник при постоянна температура, в работа.
Вторият закон важи само за големи системи. Вторият закон се отнася до вероятното поведение на система, в която не влиза и не излиза енергия или материя. Колкото по-голяма е системата, толкова по-вероятно е вторият закон да е верен.
Опростена стилизирана схема на хладилния цикъл на термопомпа с парокомпресия: 1) кондензатор, 2) разширителен клапан, 3) изпарител, 4) компресор.
Преглед
В общ смисъл вторият закон гласи, че температурните разлики между системите, които са в контакт една с друга, имат тенденция да се изравняват и че от тези неравновесни разлики може да се получи работа, но че при извършване на работа и увеличаване на ентропията се губи топлинна енергия. Разликите в налягането, плътността и температурата в една изолирана система се стремят да се изравнят, ако им се даде възможност; плътността и налягането, но не и температурата, се влияят от гравитацията. Топлинният двигател е механично устройство, което осигурява полезна работа от разликата в температурата на две тела.
Цитати
| “ | Законът, че ентропията винаги се увеличава, според мен заема първостепенно място сред природните закони. Ако някой ви посочи, че вашата любима теория за Вселената е в противоречие с уравненията на Максуел - толкова по-зле за уравненията на Максуел. Ако се окаже, че тя противоречи на наблюденията - е, тези експериментатори понякога се объркват. Но ако се окаже, че теорията ви противоречи на втория закон на термодинамиката, не мога да ви дам никаква надежда; не ѝ остава нищо друго, освен да рухне в най-дълбоко унижение. | ” |
Сър Артър Стенли Едингтън, "Природата на физическия свят" (1927 г.)
| “ | Тенденцията за увеличаване на ентропията в изолираните системи е изразена във втория закон на термодинамиката - може би най-песимистичната и аморална формулировка в цялата човешка мисъл. | ” |
-Грег Хил и Кери Торнли, Principia Discordia (1965 г.)
| “ | Съществуват почти толкова формулировки на втория закон, колкото са и дискусиите по него. | ” |
-философ/физик П.У. Бриджман, (1941)
Различни
- Фландърс и Суон създават музикална версия на втория закон на термодинамиката, наречена "Първи и втори закон.
- Икономистът Николас Джорджеску-Роген показва значението на закона за ентропията в областта на икономиката (вж. неговия труд The Entropy Law and the Economic Process (1971), Harvard University Press).
Въпроси и отговори
В: Какво представлява вторият закон на термодинамиката?
О: Вторият закон на термодинамиката гласи, че когато енергията преминава от една форма в друга или материята се движи свободно, ентропията (безпорядъкът) в затворена система се увеличава.
В: Какво има тенденция да се изравнява хоризонтално с течение на времето?
О: Разликите в температурата, налягането и плътността се изравняват хоризонтално след известно време.
В: Защо плътността и налягането не се изравняват вертикално?
О: Поради силата на гравитацията плътността и налягането не се изравняват вертикално. Плътността и налягането в долната част са по-големи, отколкото в горната.
В: Какво е ентропия?
О: Ентропията е мярка за разпространението на материята и енергията навсякъде, където те имат достъп.
В: Каква е най-често срещаната формулировка на втория закон на термодинамиката?
О: Най-разпространената формулировка на втория закон на термодинамиката се дължи основно на Рудолф Клаузиус: всичко се опитва да поддържа една и съща температура във времето.
В: Кое е друго твърдение на Клаузиус относно втория закон на термодинамиката?
О: Друго твърдение на Клаузиус е, че топлината не може сама по себе си да премине от по-студено към по-топло тяло.
В: За какъв вид система се прилага вторият закон на термодинамиката?
О: Вторият закон на термодинамиката се прилага само за големи системи, в които не влиза и не излиза енергия или материя. Колкото по-голяма е системата, толкова по-вероятно е вторият закон да е верен.
