Другі пачатак тэрмадынамікі

Другі пачатак тэрмадынамікі, ці другі закон тэрмадынамікі — палажэнне, якое ўстанаўлівае накіраванасць і ўмовы працякання ўсіх 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 магчыма 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 не магчыма 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 імавернага стану), калі зняць унутраныя 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^[1].

Л. Больцман (1844—1906):

• Прырода імкнецца ад станаў менш імаверных да станаў больш імаверных.

С. Карно (1837—1894):

• Для пераводу цеплыні ў работу неабходна наяўнасць, акрамя крыніцы цеплыні, ахаладжальніка больш нізкай тэмпературы, гэта значыць неабходны тэмпературны перепад. (гл. цыкл Карно).

Матэматычная мадэль

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

• ${\displaystyle dS\geq \ 0,}$

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

• ${\displaystyle \oint _{}{\frac {\delta Q}{T}}\geq \ 0\,\,}$,

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 грунтуецца 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 пяройдуць у энергію цеплавога руху, якая будзе раўнамерна размеркавана па ўсім Сусвеце, пасля гэтага абсалютна ўсе тэрмадынамічные працэсы павінны закончыцца. Такі стан адпавядаў бы цеплавой смерці Сусвету.

Гл. таксама

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

Зноскі

1. Вечным рухавіком другога роду называюць машыну, якая б магла, быўшы аднойчы запушчанай, ператвараць у работу ўсю падведзеную да яе цеплыню, гэта значыць мець каэфіцыент карыснага дзеяння 100 працэнтаў.

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.
• Зако́ны термодина́мики // Большая политехническая энциклопедия (руск.) / Авт.-сост. В. Д. Рязанцев. — М.: Мир и образование, 2011. — С. 113—114. — 704 с. — 2 000 экз. — ISBN 978-5-94666-621-3.