Termodünaamika esimene seadus on seotud energia säilitamisega, teine termodünaamika seadus aga väidab, et mõned termodünaamikaprotsessid on lubamatud ega järgi täielikult termodünaamika esimest seadust.
Sõna " termodünaamika " on tuletatud kreeka sõnadest, kus "termo" tähendab soojust ja "dünaamika" tähendab jõudu. Nii on termodünaamika energia uurimine, mis eksisteerib erinevates vormides nagu valgus, soojus, elektri- ja keemiline energia.
Termodünaamika on füüsika ja sellega seotud valdkondade nagu keemia, materjaliteadus, keskkonnateadus jne väga oluline osa. Vahepeal tähendab „seadus” reeglite süsteemi. Seetõttu käsitlevad termodünaamika seadused ühte energiavormi, milleks on soojus, nende käitumist erinevates tingimustes, mis vastab mehaanilisele tööle.
Kuigi me teame, et termodünaamika seadusi on neli, alustades null-seadusest, esimesest seadusest, teisest seadusest ja kolmandast seadusest. Kuid enim kasutatud on esimene ja teine seadus, järelikult arutame ja eristame esimest ja teist seadust selles sisus.
Võrdlusdiagramm
| Võrdluse alus | Termodünaamika esimene seadus | Termodünaamika teine seadus |
|---|---|---|
| Avaldus | Energiat ei saa luua ega hävitada. | Isoleeritud süsteemi entroopia (häirete aste) ei vähene kunagi, selle asemel suureneb alati. |
| Väljendus | ΔE = Q + W, kasutatakse väärtuse arvutamiseks, kui on teada kaks suurust. | ΔS = ΔS (süsteem) + ΔS (ümbritsev)> 0 |
| Väljendus tähendab seda | Süsteemi sisemise energia muutus on võrdne süsteemi soojusvoo ja ümbritseva poolt süsteemi poolt tehtud töö summaga. | Entroopia summaarne muutus on süsteemi ja ümbritseva entroopia muutuste summa, mis suureneb iga tegeliku protsessi korral ja ei saa olla väiksem kui 0. |
| Näide | 1. Elektripirnid, kui tuled muudavad elektrienergia valgusenergiaks (kiirgusenergiaks) ja soojusenergiaks (soojusenergiaks). 2. Taimed muudavad päikesevalguse (valgus- või kiirgusenergia) fotosünteesi käigus keemiliseks energiaks. | 1. Masinad muudavad väga kasuliku energia, näiteks kütused, vähem kasulikuks energiaks, mis ei ole võrdne protsessi alustamisel kulunud energiaga. 2. Ruumis asuv kütteseade kasutab elektrienergiat ja eraldab ruumi soojust, kuid ruum ei saa vastutasuks kütteseadmele sama energiat anda. |
Termodünaamika esimese seaduse määratlus
Termodünaamika esimese seaduse kohaselt ei saa energiat luua ega hävitada. Seda saab muuta ainult ühest olekust teise. Seda nimetatakse ka kaitse seaduseks.
Ülaltoodud väite selgitamiseks on palju näiteid, näiteks elektripirn, mis kasutab elektrienergiat ja muundub valguse ja soojuse energiaks.
Igasugused masinad ja mootorid kasutavad töö tegemiseks ja erinevate tulemuste väljastamiseks üht või teist tüüpi kütust. Isegi elusorganismid söövad toitu, mis seedub ja annab energiat erinevate tegevuste läbiviimiseks.
AE = Q + W
Seda saab väljendada lihtsa võrrandina kui ΔE, mis tähendab, et süsteemi sisemise energia muutus on võrdne soojuse (Q) summaga, mis voolab üle ümbritseva piiri ja töö on tehtud (W) süsteem ümbritsevate poolt. Kuid oletame, et kui soojusvoog oleks süsteemist väljas, siis oleks 'Q' negatiivne, samamoodi, kui töö tehakse süsteemi poolt, on ka 'W' negatiivne.
Nii võime öelda, et kogu protsess sõltub kahest tegurist, milleks on kuumus ja töö, ning nende väike muutus põhjustab süsteemi sisemise energia muutuse. Kuid nagu me kõik teame, et see protsess ei ole nii spontaanne ega ole iga kord rakendatav, nagu energia ei voola kunagi spontaanselt madalamalt temperatuurilt kõrgemale.
Termodünaamika teise seaduse määratlus
Termodünaamika teist seadust saab väljendada mitmel viisil, kuid enne seda peame mõistma, miks teine seadus kehtestati. Arvame, et tegelikus igapäevases protsessis peaks termodünaamika esimene seadus vastama, kuid see pole kohustuslik.
Näiteks mõelge elektripirnile ruumis, mis katab elektrienergia soojuslikuks (soojuslikuks) ja valguse energiaks ning ruum muutub heledamaks, kuid vastupidine pole võimalik, kui anname elektrienergiat sama palju valgust ja soojust pirn, see muundub elektrienergiaks. Ehkki see seletus ei ole termodünaamika esimese seaduse vastu, pole see tegelikult ka võimalik.
Kelvin-Plancksi avalduse kohaselt on võimatu, et ükski seade töötab tsüklis, võtab soojust ühest reservuaarist ja muundab selle 100% tööks, st pole ühtegi soojusmootorit, mille soojuslik kasutegur oleks 100%. .
Isegi Clausius ütles, et "on võimatu ehitada tsüklina töötavat seadet ja viia välistöö puudumisel soojust madala temperatuuriga reservuaarist kõrge temperatuuriga reservuaari".
Ülaltoodud väitest on selge, et termodünaamika teine seadus selgitab, kuidas energiamuundumine toimub ainult konkreetses suunas, mida termodünaamika esimeses seaduses ei täpsustata.
Termodünaamika teine seadus, mida nimetatakse ka suurenenud entroopia seaduseks, mis ütleb, et aja jooksul suureneb süsteemi entroopia või häirete määr alati. Toome näite, et miks me pärast töö alustamist kõigi plaanidega töö edenedes rohkem segi läheme. Niisiis, aja suurenemisega suurenevad ka häired või desorganisatsioonid.
See nähtus on rakendatav igas süsteemis, et kasuliku energia kasutamisel antakse kasutuskõlbmatu energia ära.
ΔS = ΔS (süsteem) + ΔS (ümbritsev)> 0
Nagu varem kirjeldatud, on delS, mis on entroopia täielik muutus, süsteemi ja ümbritseva entroopia muutuste summa, mis suureneb iga tegeliku protsessi korral ja ei saa olla väiksem kui 0.
Termodünaamika esimese ja teise seaduse peamised erinevused
Allpool on toodud olulised punktid termodünaamika esimese ja teise seaduse eristamiseks:
- Termodünaamika esimese seaduse kohaselt "energiat ei saa luua ega hävitada, seda saab muuta ainult ühest vormist teise". Vastavalt termodünaamika teisele seadusele, mis ei riku küll esimest seadust, kuid ütleb, et ühest olekust teise muunduv energia pole alati kasulik ja 100% võetud. Nii võib öelda, et "isoleeritud süsteemi entroopia (häirete aste) ei vähene kunagi, pigem suureneb alati".
- Termodünaamika esimest seadust saab väljendada kui ΔE = Q + W, kui väärtused on teada, arvutatakse väärtuse arvutamisel, kui on teada kaks suurust, samas kui teist termodünaamika seadust saab väljendada kui ΔS = ΔS (süsteem) + ΔS ( ümbritsev)> 0 .
- Laused tähendavad, et süsteemi sisemise energia muutus on võrdne esimesse seadusesse süsteemi siseneva soojuse ja ümbritseva poolt süsteemi poolt tehtud töö summaga. Teises seaduses on entroopia täielik muutus süsteemi ja ümbritseva entroopia muutuste summa, mis suureneb iga tegeliku protsessi korral ja ei saa olla väiksem kui 0.
Järeldus
Selles artiklis arutasime termodünaamikat, mis ei piirdu ainult füüsika või masinatega nagu külmikud, autod, pesumasin, kuid see mõiste on rakendatav igapäevases töös. Ehkki siin eristasime termodünaamika kahte kõige segasemat seadust, nagu me teame, on veel kaks, millest on lihtne aru saada ja mis pole nii vastandlikud.
