Перший закон термодинаміки пов'язаний із збереженням енергії, тоді як другий закон термодинаміки стверджує, що деякі процеси термодинаміки недопустимі і не повністю відповідають Першому закону термодинаміки.
Слово " термодинаміка " походить від грецьких слів, де "термо" означає тепло, а "динаміка" означає потужність. Отже термодинаміка - це вивчення енергії, яка існує в різних формах, таких як світло, тепло, електрична та хімічна енергія.
Термодинаміка є дуже важливою частиною фізики та її суміжній галузі, як хімія, матеріалознавство, наука про навколишнє середовище тощо. Тим часом "Закон" означає систему правил. Тому закони термодинаміки стосуються однієї з форм енергії - це тепло, їх поведінку за різних обставин, що відповідають механічній роботі.
Хоча ми знаємо, що існує чотири закони термодинаміки, починаючи з нульового закону, першого закону, другого закону та третього закону. Але найбільш вживаними є перший і другий закони, отже, в цьому змісті ми будемо обговорювати і диференціювати перший і другий закони.
Порівняльна діаграма
| Основа для порівняння | Перший закон термодинаміки | Другий закон термодинаміки |
|---|---|---|
| Заява | Енергію не можна ні створити, ні знищити. | Ентропія (ступінь розладів) ізольованої системи ніколи не зменшується, а завжди збільшується. |
| Вираз | ΔE = Q + W, використовується для обчислення значення, якщо відомі дві величини. | ΔS = ΔS (система) + ΔS (оточуюча)> 0 |
| Вираз означає, що це | Зміна внутрішньої енергії системи дорівнює сумі теплового потоку в системі і роботи, яку в системі виконують оточуючі. | Загальна зміна ентропії - це сума зміни ентропії системи та оточуючих, яка збільшиться для будь-якого реального процесу і не може бути меншою 0. |
| Приклад | 1. Електричні лампочки при світлі перетворюють електричну енергію в енергію світла (променисту енергію) і теплову енергію (теплову енергію). 2. Рослини перетворюють сонячне світло (світлу або променисту енергію) в хімічну енергію в процесі фотосинтезу. | 1. Машини перетворюють дуже корисну енергію, як паливо, у менш корисну енергію, яка не дорівнює енергії, витраченій під час запуску процесу. 2. Обігрівач у приміщенні використовує електричну енергію і віддає тепло в приміщення, але приміщення взамін не може подавати таку ж енергію на обігрівач. |
Визначення першого закону термодинаміки
Перший закон термодинаміки зазначає, що " енергія не може бути ні створена, ні знищена ", вона може перетворюватися лише з одного стану в інший. Це також відомо як закон збереження.
Існує багато прикладів для пояснення вищезазначеного твердження, як електрична лампочка, яка використовує електричну енергію і перетворюється в енергію світла і тепла.
Усі види машин і двигунів використовують ті чи інші види палива для виконання робіт і отримання різних результатів. Навіть живі організми їдять їжу, яка засвоюється і забезпечує енергією для виконання різних видів діяльності.
ΔE = Q + W
Він може бути виражений простим рівнянням як ΔE, яке зміна внутрішньої енергії системи дорівнює сумі тепла (Q), що протікає через межі оточуючих, і робота виконується (W) на система оточуючими. Але припустимо, якби тепловий потік вийшов із системи, тоді 'Q' буде негативним, аналогічно, якби робота виконувалась системою, тоді 'W' також буде негативною.
Таким чином, ми можемо сказати, що весь процес спирається на два фактори, які є тепло і робота, і незначна їх зміна призведе до зміни внутрішньої енергії системи. Але як ми всі знаємо, що цей процес не є настільки спонтанним і не застосовується щоразу, як енергія ніколи не стихійно перетікає від нижчої температури до вищої.
Визначення другого закону термодинаміки
Існує кілька способів виразити другий закон термодинаміки, але до цього нам потрібно зрозуміти, чому був введений другий закон. Ми вважаємо, що в реальному процесі повсякденного життя перший закон термодинаміки повинен задовольняти, але це не є обов'язковим.
Наприклад, розгляньте електричну лампочку в приміщенні, яка буде перекривати електричну енергію теплом (тепловою) і світловою енергією, і приміщення стане світлішим, але зворотне неможливо, якщо ми забезпечимо стільки ж світла і тепла, щоб колба, вона перетвориться в електричну енергію. Хоча це пояснення не суперечить першому закону термодинаміки, насправді це також неможливо.
Згідно із заявою Кельвіна-Планкса, "неможливо, щоб будь-який пристрій, який працює в циклі, отримував тепло з одного резервуара і перетворював його на 100% в роботу, тобто немає теплового двигуна, який має тепловий ККД 100%" .
Навіть Клаус сказав, що "неможливо сконструювати пристрій, який працює в циклі і передає тепло з низькотемпературного резервуару в високотемпературний резервуар за відсутності зовнішніх робіт".
Отже, із наведеного твердження видно, що Другий закон термодинаміки пояснює, яким чином відбувається перетворення енергії лише в певному напрямку, що не очищено в першому законі термодинаміки.
Другий закон термодинаміки також відомий як закон підвищеної ентропії, який говорить про те, що з часом ентропія або ступінь розладів у системі завжди зростатимуть. Візьміть приклад, що чому ми більше заплутуємось, починаючи будь-яку роботу з усіма плануваннями в міру просування роботи. Отже, зі збільшенням часу розлади або дезорганізація також збільшуються.
Це явище застосовне у будь-якій системі, що з використанням корисної енергії непридатна енергія буде віддана.
ΔS = ΔS (система) + ΔS (оточуюча)> 0
Як описано раніше, delS, яка є сумарною зміною ентропії, - це сума зміни ентропії системи та оточуючих, яка зросте для будь-якого реального процесу і не може бути меншою 0.
Основні відмінності першого та другого законів термодинаміки
Нижче наведено основні моменти для розмежування першого та другого законів термодинаміки:
- Згідно з Першим законом термодинаміки, "Енергія не може бути ні створена, ні знищена, вона може лише перетворюватися з однієї форми в іншу". Відповідно до другого закону термодинаміки, який не порушує перший закон, але говорить, що енергія, яка перетворюється з одного стану в інший, не завжди корисна і на 100%, як взята. Тож можна констатувати, що "Ентропія (ступінь розладів) ізольованої системи ніколи не зменшується, а завжди збільшується".
- Перший закон термодинаміки можна виразити як ΔE = Q + W, використовується для обчислення значення, якщо відомі дві величини, тоді як другий закон термодинаміки може бути виражений як ΔS = ΔS (система) + ΔS ( оточуючих)> 0 .
- З виразів випливає, що зміна внутрішньої енергії системи дорівнює сумі теплового потоку в системі і роботи, виконаної в системі оточуючими в Першому законі. У другому законі загальна зміна ентропії - це сума зміни ентропії системи та оточуючих, яка зросте за будь-який реальний процес і не може бути меншою за 0.
Висновок
У цій статті ми обговорили термодинаміку, яка не обмежується фізикою або машинами, такими як холодильники, машини, пральна машина, але ця концепція застосовна до щоденної роботи кожного. Хоча тут ми виділили два найбільш заплутаних Закони термодинаміки, оскільки ми знаємо, є ще два, які легко зрозуміти і не такі суперечливі.
