Termodynamiikan ensimmäinen laki liittyy energian säilyttämiseen, kun taas termodynamiikan toisessa laissa väitetään, että jotkut termodynamiikkaprosesseista eivät ole sallittuja eivätkä täysin seuraa termodynamiikan ensimmäistä lakia.
Sana ” termodynamiikka ” on johdettu kreikan sanoista, joissa “Thermo” tarkoittaa lämpöä ja “dynamiikka” tarkoittaa voimaa. Joten termodynamiikka on energian tutkimusta, joka esiintyy eri muodoissa, kuten valo-, lämpö-, sähkö- ja kemiallinen energia.
Termodynamiikka on erittäin tärkeä osa fysiikkaa ja siihen liittyvää alaa, kuten kemia, materiaalitiede, ympäristötiede jne. Samalla 'laki' tarkoittaa sääntöjen järjestelmää. Siksi termodynamiikan lait käsittelevät yhtä energiamuotoa, joka on lämpö, niiden käyttäytymistä eri olosuhteissa, jotka vastaavat mekaanista työtä.
Vaikka me tiedämme, että termodynamiikkaa on neljä, alkaen nollalaki, ensimmäinen laki, toinen laki ja kolmas laki. Mutta eniten käytettyjä ovat ensimmäinen ja toinen laki, joten tässä sisällössä keskustelemme ja erottelemme ensimmäistä ja toista lakia.
Vertailutaulukko
| Vertailun perusteet | Termodynamiikan ensimmäinen laki | Termodynamiikan toinen laki |
|---|---|---|
| selvitys | Energiaa ei voida luoda eikä tuhota. | Eristetyn järjestelmän entropia (häiriöaste) ei koskaan laske, vaan kasvaa aina. |
| Ilmaisu | ΔE = Q + W, käytetään arvon laskemiseen, jos jokin kaksi suuruutta tunnetaan. | ΔS = ΔS (järjestelmä) + ΔS (ympäröivä)> 0 |
| Lauseke merkitsee sitä | Järjestelmän sisäisen energian muutos on yhtä suuri kuin lämmön virtaus järjestelmään ja ympäröivän järjestelmään tekemän työn summa. | Entropian kokonaismuutos on järjestelmän ja ympäröivän entropian muutoksen summa, joka kasvaa missä tahansa todellisessa prosessissa eikä voi olla pienempi kuin 0. |
| esimerkki | 1. Sähkösipulit, kun valo syttyy, muuttaa sähköenergian valoenergiaksi (säteilyenergiaksi) ja lämpöenergiaksi (lämpöenergiaksi). 2. Kasvit muuntavat auringonvalon (valon tai säteilyenergian) kemialliseksi energiaksi fotosynteesin aikana. | 1. Koneet muuntavat erittäin hyödyllisen energian, kuten polttoaineet, vähemmän hyödylliseksi energiaksi, joka ei ole yhtä suuri kuin prosessin aloittamisen aikana kulunut energia. 2. Huoneen lämmitin käyttää sähköenergiaa ja antaa huoneelle lämpöä, mutta vastineeksi huone ei voi tarjota samaa energiaa lämmittimelle. |
Termodynamiikan ensimmäisen lain määritelmä
Termodynamiikan ensimmäisen lain mukaan " energiaa ei voi luoda eikä tuhota ", se voidaan muuttaa vain tilasta toiseen. Tätä kutsutaan myös suojelulakuksi.
Edellä mainittua väitettä voidaan selittää monella tavalla, kuten sähkölamppu, joka käyttää sähköenergiaa ja muuntuu valo- ja lämpöenergiaksi.
Kaikenlaiset koneet ja moottorit käyttävät jotakin tai muuta polttoainetta työn suorittamiseen ja erilaisten tulosten tuottamiseen. Jopa elävät organismit syövät ruokaa, joka sulautuu ja tarjoaa energiaa erilaisten toimintojen suorittamiseen.
AE = Q + W
Se voidaan ilmaista yksinkertaisella yhtälöllä ΔE, joka on järjestelmän sisäisen energian muutos, joka on yhtä suuri kuin lämmön (Q) summa, joka virtaa ympäröivien rajojen yli ja työ tehdään (W) järjestelmän ympäröivän. Mutta oletetaan, että jos lämpövirtaus olisi järjestelmästä pois, niin 'Q' olisi negatiivinen, samoin jos työn suorittaisi järjestelmä, niin 'W' olisi myös negatiivinen.
Joten voimme sanoa, että koko prosessi riippuu kahdesta tekijästä, jotka ovat lämpöä ja työtä, ja niiden pieni muutos johtaa muutokseen järjestelmän sisäisessä energiassa. Mutta kuten me kaikki tiedämme, tämä prosessi ei ole niin spontaani eikä sitä voida soveltaa joka kerta, kuten energia ei koskaan virtaa spontaanisti alemmasta lämpötilasta korkeampaan lämpötilaan.
Termodynamiikan toisen lain määritelmä
Termodynamiikan toista lakia voidaan ilmaista monella tapaa, mutta ennen sitä meidän on ymmärrettävä, miksi toinen laki otettiin käyttöön. Katsomme, että varsinaisessa arkipäivän prosessissa termodynamiikan ensimmäisen lain pitäisi täyttyä, mutta se ei ole pakollinen.
Harkitse esimerkiksi huoneessa olevaa sähkölamppua, joka peittää sähköenergian lämpö- (lämpö-) ja valoenergiaksi ja huone muuttuu vaaleammaksi, mutta päinvastoin ei ole mahdollista, että jos tarjoamme saman määrän valoa ja lämpöä polttimo, se muuttuu sähköenergiaksi. Vaikka tämä selitys ei vastusta termodynamiikan ensimmäistä lakia, todellisuudessa se ei ole myöskään mahdollista.
Kelvin-Plancksin lausunnon mukaan "yksikään laite, joka toimii jaksossa, vastaanottaa lämpöä yhdestä säiliöstä ja muuntaa sen 100% työksi, on mahdotonta, ts. Ei ole lämpömoottoria, jonka lämpötehokkuus olisi 100%" .
Jopa Clausius sanoi, että "on mahdotonta rakentaa jaksossa toimivaa laitetta, joka siirtää lämpöä matalan lämpötilan säiliöstä korkean lämpötilan säiliöön ulkoisen työn puuttuessa".
Joten yllä olevasta lausunnosta on selvää, että termodynamiikan toinen laki selittää tapaa, jolla energianmuutos tapahtuu vain tiettyyn suuntaan, mitä ei ole selvitetty termodynamiikan ensimmäisessä laissa.
Termodynamiikan toinen laki, joka tunnetaan myös nimellä lisääntyneen entropian laki, sanoo, että ajan myötä järjestelmän entropia tai häiriöiden aste kasvaa aina. Ota esimerkki siitä, että miksi olemme enemmän sekaisin, aloittaessamme kaiken suunnittelun työn edetessä. Joten ajan myötä lisääntyvät myös häiriöt tai epäjärjestys.
Tämä ilmiö on sovellettavissa kaikissa järjestelmissä, että hyödyllistä energiaa käytettäessä käyttökelvoton energia annetaan pois.
ΔS = ΔS (järjestelmä) + ΔS (ympäröivä)> 0
Kuten aiemmin on kuvattu, delS, jotka ovat entropian kokonaismuutos, on järjestelmän ja ympäröivän entropian muutoksen summa, joka kasvaa missä tahansa todellisessa prosessissa eikä voi olla pienempi kuin 0.
Keskeiset erot termodynamiikan ensimmäisen ja toisen lain välillä
Seuraavassa on olennaiset kohdat termodynamiikan ensimmäisen ja toisen lain erottamiseen:
- Termodynamiikan ensimmäisen lain mukaan "energiaa ei voida luoda eikä tuhota, se voidaan muuttaa vain yhdestä muodosta toiseen". Termodynamiikan toisen lain mukaan, joka ei riko ensimmäistä lakia, mutta sanoo, että energia, joka muuttuu tilasta toiseen, ei ole aina hyödyllinen ja 100% otettu. Joten voidaan todeta, että "eristetyn järjestelmän entropia (häiriöaste) ei koskaan laske, vaan kasvaa aina".
- Ensimmäinen termodynamiikkalaki voidaan ilmaista muodossa ΔE = Q + W, jota käytetään arvon laskemiseen, jos jokin kaksi suuruutta tunnetaan, kun taas termodynamiikan toinen laki voidaan ilmaista muodossa ΔS = ΔS (järjestelmä) + ΔS ( ympäröivä)> 0 .
- Lausekkeet tarkoittavat, että järjestelmän sisäisen energian muutos on yhtä suuri kuin lämmön virtaus järjestelmään ja ympäristön ensimmäisessä laissa järjestelmän suorittaman työn summa. Toisessa laissa entropian kokonaismuutos on järjestelmän ja ympäröivän entropian muutoksen summa, joka kasvaa missä tahansa todellisessa prosessissa eikä voi olla pienempi kuin 0.
johtopäätös
Tässä artikkelissa keskustelimme termodynamiikasta, joka ei rajoitu fysiikkaan tai koneisiin, kuten jääkaapit, autot, pesukone, mutta tämä käsite on sovellettavissa jokaisen päivittäiseen työhön. Vaikka tässä erotimme kaksi termodynamiikan hämmentävintä lakia, kuten tiedämme, on olemassa kaksi muuta, jotka on helppo ymmärtää ja jotka eivät ole niin ristiriitaisia.
