Hoe word energie opgewek, hoe word dit van een vorm na 'n ander omgeskakel, en wat gebeur met energie in 'n geslote sisteem? Al hierdie vrae kan deur die wette van termodinamika beantwoord word. Die tweede wet van termodinamika sal vandag in meer besonderhede bespreek word.
Wette in die alledaagse lewe
Wette beheer die daaglikse lewe. Padwette sê jy moet by stoptekens stop. Die regering eis om 'n deel van hul salaris aan die staat en die federale regering te gee. Selfs wetenskaplikes is van toepassing op die alledaagse lewe. Byvoorbeeld, die wet van swaartekrag voorspel 'n taamlik swak uitkoms vir diegene wat probeer vlieg. Nog 'n stel wetenskaplike wette wat die alledaagse lewe beïnvloed, is die wette van termodinamika. Hier is dus 'n paar voorbeelde om te sien hoe dit die daaglikse lewe beïnvloed.
Die Eerste Wet van Termodinamika
Die eerste wet van termodinamika bepaal dat energie nie geskep of vernietig kan word nie, maar dit kan van een vorm na 'n ander getransformeer word. Dit word ook soms na verwys as die wet van behoud van energie. So hoe is ditvan toepassing op die alledaagse lewe? Wel, neem byvoorbeeld die rekenaar wat jy nou gebruik. Dit voed op energie, maar waar kom hierdie energie vandaan? Die eerste wet van termodinamika sê vir ons dat hierdie energie nie uit die lug kon kom nie, daarom het dit van iewers af gekom.
Jy kan hierdie energie naspeur. Die rekenaar word deur elektrisiteit aangedryf, maar waar kom die elektrisiteit vandaan? Dis reg, van 'n kragsentrale of hidro-elektriese kragsentrale. As ons die tweede oorweeg, sal dit geassosieer word met 'n dam wat die rivier terughou. Die rivier het 'n verband met kinetiese energie, wat beteken dat die rivier vloei. Die dam skakel hierdie kinetiese energie om in potensiële energie.
Hoe werk 'n hidro-elektriese kragsentrale? Water word gebruik om die turbine te draai. Wanneer die turbine draai, word 'n kragopwekker aan die gang gesit, wat elektrisiteit sal skep. Hierdie elektrisiteit kan geheel en al in drade van die kragsentrale na jou huis gevoer word sodat wanneer jy die kragkoord by 'n elektriese aansluiting aansluit, die elektrisiteit jou rekenaar binnegaan sodat dit kan werk.
Wat het hier gebeur? Daar was reeds 'n sekere hoeveelheid energie wat as kinetiese energie met die water in die rivier geassosieer was. Toe het dit in potensiële energie verander. Die dam het toe daardie potensiële energie geneem en dit in elektrisiteit verander, wat dan jou huis kon binnegaan en jou rekenaar van krag kon kry.
Die Tweede Wet van Termodinamika
Deur hierdie wet te bestudeer, kan 'n mens verstaan hoe energie werk en hoekom alles beweeg namoontlike chaos en wanorde. Die tweede wet van termodinamika word ook die wet van entropie genoem. Het jy al ooit gewonder hoe die heelal ontstaan het? Volgens die oerkn alteorie het 'n groot hoeveelheid energie voor alles gebore is bymekaargekom. Die Heelal het na die Oerknal verskyn. Dit alles is goed, maar watter soort energie was dit? Aan die begin van tyd was al die energie in die heelal op een relatief klein plek vervat. Hierdie intense konsentrasie verteenwoordig 'n groot hoeveelheid van wat potensiële energie genoem word. Met verloop van tyd het dit deur die groot uitspansel van ons heelal versprei.
Op 'n baie kleiner skaal bevat die reservoir water wat deur die dam gehou word, potensiële energie, aangesien die ligging dit deur die dam laat vloei. In elke geval versprei die gestoorde energie, sodra dit vrygestel is, uit en doen dit sonder dat enige moeite gedoen word. Met ander woorde, die vrystelling van potensiële energie is 'n spontane proses wat plaasvind sonder die behoefte aan bykomende hulpbronne. Soos energie versprei word, word 'n deel daarvan omgeskakel in nuttige energie en verrig 'n mate van werk. Die res word omgeskakel in onbruikbare, eenvoudig genoem hitte.
Namate die heelal aanhou uitbrei, bevat dit al hoe minder bruikbare energie. As minder bruikbaar beskikbaar is, kan minder werk gedoen word. Aangesien die water deur die dam vloei, bevat dit ook minder bruikbare energie. Hierdie afname in bruikbare energie oor tyd word entropie genoem, waar entropie isdie hoeveelheid ongebruikte energie in die stelsel, en die stelsel is net 'n versameling voorwerpe wat die geheel uitmaak.
Entropie kan ook na verwys word as die hoeveelheid willekeurigheid of chaos in 'n organisasie sonder organisasie. Soos bruikbare energie mettertyd afneem, neem disorganisasie en chaos toe. Dus, soos die opgehoopte potensiële energie vrygestel word, word nie alles in nuttige energie omgeskakel nie. Alle stelsels ervaar hierdie toename in entropie oor tyd. Dit is baie belangrik om te verstaan en hierdie verskynsel word die tweede wet van termodinamika genoem.
Entropie: toeval of gebrek
Soos jy dalk kon raai, volg die tweede wet op die eerste, wat algemeen na verwys word as die wet van behoud van energie, en stel dat energie nie geskep kan word nie en nie vernietig kan word nie. Met ander woorde, die hoeveelheid energie in die heelal of enige stelsel is konstant. Daar word algemeen na die tweede wet van termodinamika verwys as die wet van entropie, en dit geld dat energie minder bruikbaar word namate die tyd verbygaan en die kwaliteit daarvan afneem met verloop van tyd. Entropie is die mate van ewekansigheid of defekte wat 'n stelsel het. As die sisteem baie wanordelik is, het dit 'n groot entropie. As daar baie foute in die stelsel is, dan is die entropie laag.
In eenvoudige terme stel die tweede wet van termodinamika dat die entropie van 'n sisteem nie mettertyd kan afneem nie. Dit beteken dat dinge in die natuur van 'n toestand van orde na 'n toestand van wanorde gaan. En dit is onomkeerbaar. Die stelsel nooitsal op sy eie meer ordelik word. Met ander woorde, in die natuur neem die entropie van 'n sisteem altyd toe. Een manier om daaroor te dink, is jou huis. As jy dit nooit skoonmaak en stofsuig nie, sal jy binnekort 'n verskriklike gemors hê. Entropie het toegeneem! Om dit te verminder, is dit nodig om energie te gebruik om 'n stofsuier en 'n mop te gebruik om die oppervlak van stof skoon te maak. Die huis sal nie self skoonmaak nie.
Wat is die tweede wet van termodinamika? Die formulering in eenvoudige woorde sê dat wanneer energie van een vorm na 'n ander verander, materie óf vrylik beweeg, óf die entropie (afwyking) in 'n geslote sisteem toeneem. Verskille in temperatuur, druk en digtheid is geneig om mettertyd horisontaal af te vlak. As gevolg van swaartekrag word digtheid en druk nie vertikaal gelyk nie. Die digtheid en druk aan die onderkant sal groter wees as aan die bokant. Entropie is 'n maatstaf van die verspreiding van materie en energie waar dit ook al toegang het. Die mees algemene formulering van die tweede wet van termodinamika word hoofsaaklik geassosieer met Rudolf Clausius, wat gesê het:
Dit is onmoontlik om 'n toestel te bou wat nie 'n ander effek produseer as die oordrag van hitte van 'n liggaam met 'n laer temperatuur na 'n liggaam met 'n hoër temperatuur nie.
Met ander woorde, alles probeer om dieselfde temperatuur oor tyd te handhaaf. Daar is baie formulerings van die tweede wet van termodinamika wat verskillende terme gebruik, maar hulle beteken almal dieselfde ding. Nog 'n Clausius-stelling:
Verhit self is niegaan van 'n koue na 'n warmer liggaam.
Die tweede wet is slegs van toepassing op groot stelsels. Dit gaan oor die waarskynlike gedrag van 'n sisteem waarin daar geen energie of materie is nie. Hoe groter die stelsel, hoe meer waarskynlik is die tweede wet.
Nog 'n bewoording van die wet:
Totale entropie neem altyd toe in 'n spontane proses.
Die toename in entropie ΔS gedurende die verloop van die proses moet die verhouding van die hoeveelheid hitte Q wat na die sisteem oorgedra word, oorskry of gelyk wees aan die temperatuur T waarteen hitte oorgedra word. Formule van die tweede wet van termodinamika:
Termodinamiese stelsel
In 'n algemene sin stel die formulering van die tweede wet van termodinamika in eenvoudige terme dat temperatuurverskille tussen sisteme in kontak met mekaar geneig is om gelyk te word en dat werk verkry kan word uit hierdie nie-ewewigsverskille. Maar in hierdie geval is daar 'n verlies aan termiese energie, en die entropie neem toe. Verskille in druk, digtheid en temperatuur in 'n geïsoleerde sisteem is geneig om gelyk te word indien die geleentheid gegee word; digtheid en druk, maar nie temperatuur nie, hang af van swaartekrag. 'n Hitte-enjin is 'n meganiese toestel wat nuttige werk verskaf as gevolg van die verskil in temperatuur tussen twee liggame.
'n Termodinamiese stelsel is een wat in wisselwerking verkeer en energie uitruil met die area rondom dit. Ruil en oordrag moet op ten minste twee maniere geskied. Een manier moet hitte-oordrag wees. As 'ndie termodinamiese sisteem "is in ewewig", dit kan nie sy toestand of status verander sonder om met die omgewing te interaksie nie. Eenvoudig gestel, as jy in balans is, is jy 'n "gelukkige sisteem", daar is niks wat jy kan doen nie. As jy iets wil doen, moet jy interaksie met die buitewêreld hê.
Die tweede wet van termodinamika: die onomkeerbaarheid van prosesse
Dit is onmoontlik om 'n sikliese (herhalende) proses te hê wat hitte heeltemal in werk omskakel. Dit is ook onmoontlik om 'n proses te hê wat hitte van koue voorwerpe na warm voorwerpe oordra sonder om werk te gebruik. Sommige energie in 'n reaksie gaan altyd verlore aan hitte. Die stelsel kan ook nie al sy energie in werkenergie omskakel nie. Die tweede deel van die wet is duideliker.
'n Koue liggaam kan nie 'n warm liggaam verhit nie. Hitte is natuurlik geneig om van warmer na koeler gebiede te vloei. As hitte van koeler na warmer gaan, is dit teenstrydig met wat "natuurlik" is, so die stelsel moet werk doen om dit te laat gebeur. Die onomkeerbaarheid van prosesse in die natuur is die tweede wet van termodinamika. Dit is miskien die bekendste (ten minste onder wetenskaplikes) en belangrikste wet van alle wetenskap. Een van sy formulerings:
Die entropie van die Heelal neig tot die maksimum.
Met ander woorde, entropie bly óf dieselfde óf word groter, die entropie van die Heelal kan nooit afneem nie. Die probleem is dat dit altyd isreg. As jy 'n bottel parfuum neem en dit in 'n kamer spuit, dan sal die geurige atome binnekort die hele spasie vul, en hierdie proses is onomkeerbaar.
Verhoudings in termodinamika
Die wette van termodinamika beskryf die verwantskap tussen termiese energie of hitte en ander vorme van energie, en hoe energie materie beïnvloed. Die eerste wet van termodinamika stel dat energie nie geskep of vernietig kan word nie; die totale hoeveelheid energie in die heelal bly onveranderd. Die tweede wet van termodinamika gaan oor die kwaliteit van energie. Dit stel dat namate energie oorgedra of omgeskakel word, meer en meer bruikbare energie verlore gaan. Die tweede wet stel ook dat daar 'n natuurlike neiging is vir enige geïsoleerde sisteem om meer wanordelik te raak.
Selfs wanneer orde op 'n sekere plek toeneem, is daar altyd 'n toename in entropie wanneer jy die hele stelsel in ag neem, insluitend die omgewing. In 'n ander voorbeeld kan kristalle uit 'n soutoplossing vorm wanneer water verdamp. Kristalle is meer georden as soutmolekules in oplossing; verdampte water is egter baie meer wanordelik as vloeibare water. Die proses as geheel geneem, lei tot 'n netto toename in wanorde.
Werk en energie
Die tweede wet verduidelik dat dit onmoontlik is om termiese energie met 100 persent doeltreffendheid in meganiese energie om te skakel. 'n Voorbeeld kan gegee word metper motor. Na die proses om die gas te verhit om sy druk te verhoog om die suier aan te dryf, is daar altyd 'n bietjie hitte in die gas wat nie gebruik kan word om enige bykomende werk te verrig nie. Hierdie afvalhitte moet weggegooi word deur dit na 'n verkoeler oor te dra. In die geval van 'n motorenjin word dit gedoen deur die verbruikte brandstof en lugmengsel in die atmosfeer te onttrek.
Boonop skep enige toestel met bewegende dele wrywing wat meganiese energie in hitte omskakel, wat gewoonlik onbruikbaar is en uit die stelsel verwyder moet word deur dit na 'n verkoeler oor te dra. Wanneer 'n warm liggaam en 'n koue liggaam in kontak met mekaar is, sal termiese energie van die warm liggaam na die koue liggaam vloei totdat hulle termiese ewewig bereik. Die hitte sal egter nooit andersom terugkeer nie; die temperatuurverskil tussen twee liggame sal nooit spontaan toeneem nie. Om hitte van 'n koue liggaam na 'n warm liggaam te verskuif, vereis werk wat deur 'n eksterne energiebron soos 'n hittepomp gedoen moet word.
Die lot van die heelal
Die tweede wet voorspel ook die einde van die heelal. Dit is die uiteindelike vlak van wanorde, as daar konstante termiese ewewig oral is, kan geen werk gedoen word nie en alle energie sal eindig as die lukrake beweging van atome en molekules. Volgens moderne data is die Metagalaxy 'n uitbreidende nie-stasionêre stelsel, en daar kan geen sprake wees van die hittedood van die Heelal nie. hitte doodis 'n toestand van termiese ewewig waarby alle prosesse stop.
Hierdie posisie is foutief, aangesien die tweede wet van termodinamika slegs op geslote sisteme van toepassing is. En die heelal, soos jy weet, is onbeperk. Die einste term "hittedood van die Heelal" word egter soms gebruik om te verwys na 'n scenario vir die toekomstige ontwikkeling van die Heelal, waarvolgens dit tot oneindig sal uitbrei tot in die duisternis van die ruimte totdat dit in verspreide koue stof verander..
