- 1. Ireverzibilnost procesa u prirodi Izvršila: učenica 10. B razreda Andronova Anna
- 2. Nepovratan je proces koji se ne može odvijati u suprotnom smjeru kroz sva ista međustanja.
- 3. Zakon održanja energije ne zabranjuje procese koji se eksperimentalno ne dešavaju: - zagrijavanje toplijeg tijela sa hladnijim; - spontano njihanje klatna iz stanja mirovanja; - sakupljanje pijeska u kamen, itd. Procesi u prirodi imaju određeni pravac. Ne mogu spontano teći u suprotnom smjeru. Svi procesi u prirodi su nepovratni.
- 4. Primjeri ireverzibilnih procesa U toku difuzije dolazi do izjednačavanja koncentracija spontano. Obrnuti proces sam po sebi se nikada neće dogoditi: mješavina plinova, na primjer, nikada se neće spontano odvojiti na svoje sastavne komponente. Toplotna provodljivost Proces pretvaranja mehaničke energije u unutrašnju energiju tokom neelastičnog udara ili trenja je također nepovratan.
- 5. Navedimo još jedan primjer: Oscilacije klatna uklonjene iz ravnotežnog položaja.Usljed rada sila trenja, mehanička energija klatna se smanjuje, a temperatura klatna i okolnog zraka (a samim tim i njihova unutrašnja energija ) blago se povećava. Obrnuti proces je također energetski prihvatljiv, kada se amplituda oscilacija klatna povećava zbog hlađenja samog klatna i okruženje. Ali takav proces se nikada ne posmatra. Mehanička energija se spontano pretvara u unutrašnju energiju, ali ne i obrnuto. U tom slučaju energija uređenog kretanja tijela u cjelini pretvara se u energiju nesređenog toplinskog kretanja molekula koji ga čine.
- 6. “Strijela vremena” i problem nepovratnosti u prirodnim naukama Jedan od glavnih problema u klasičnoj fizici dugo vremena problem nepovratnosti stvarnih procesa u prirodi je ostao.Gotovo svi stvarni procesi u prirodi su nepovratni: ovo je prigušenje klatna, i evolucija zvijezde, i ljudski život. Nepovratnost procesa u prirodi, takoreći, postavlja smjer na vremenskoj osi od prošlosti ka budućnosti. Engleski fizičar i astronom A. Eddington figurativno je nazvao ovo svojstvo vremena "strelom vremena".
- 7. Drugi zakon termodinamike ukazuje na smjer mogućih energetskih transformacija i time izražava nepovratnost procesa u prirodi. Utvrđeno je direktnim uopštavanjem eksperimentalnih činjenica.
- 8. R. Clausiusova formulacija: nemoguće je prenijeti toplinu sa hladnijeg sistema na topliji u odsustvu istovremenih promjena u oba sistema ili okolnim tijelima. W. Kelvinova formulacija: nemoguće je izvesti takvu periodičnost. proces, čiji bi jedini rezultat bio proizvodnja rada zbog topline uzete iz jednog izvora.
- 9. Clausius Rudolf (1822 -1888) Clausius je doprinio fundamentalnom radu u oblasti molekularne kinetičke teorije toplote. Clausiusov rad je doprinio uvođenju statističkih metoda u fiziku. Clausius je dao značajan doprinos teoriji elektrolize, teorijski je potkrijepio Joule-Lenzov zakon, razvio teoriju polarizacije dielektrika, na osnovu koje je uspostavio vezu između dielektrične konstante i polarizabilnosti.
- 10. W. Kelvin (1824-1907) William Kelvin je autor mnogih teorijski radovi u fizici, proučavao je fenomene električna struja, dinamička geologija. Kelvin je zajedno s Jamesom Jouleom provodio eksperimente o hlađenju plinova i formulirao teoriju stvarnih plinova. Apsolutna termodinamička temperaturna skala dobila je njegovo ime.
- 11. Problem ireverzibilnosti procesa u prirodi U suštini, svi procesi u makrosistemima su ireverzibilni. Postavlja se fundamentalno pitanje: šta je razlog nepovratnosti? Ovo izgleda posebno čudno kada se uzme u obzir da su svi zakoni mehanike vremenski reverzibilni. Pa ipak, niko nije video da se, na primer, razbijena vaza spontano oporavlja od fragmenata. Ovaj proces se može posmatrati ako je prvo snimite pogledate u suprotnom smeru, ali ne u stvarnosti. Zabrane koje je uspostavio drugi Zakon termodinamike je također postao misteriozan. Rješenje ovog složenog problema došlo je otkrićem nove termodinamičke veličine - entropije - i otkrivanjem njenog fizičkog značenja.
- 12. Entropija je mjera neuređenosti sistema koji se sastoji od mnogo elemenata. Konkretno, u statističkoj fizici, to je mjera vjerovatnoće pojave bilo kojeg makroskopskog stanja.
- 13. Realnost ireverzibilnih procesa Mnogi često posmatrani procesi su nepovratni: pokušajte da bacite kamen u vodu - uvek ćete videti koncentrične krugove-talase koji se razilaze od mesta gde udara u vodu i nikada se ne približavaju ovom mestu. U hemiji su primeri ireverzibilnih procesa reakcije koje se uvek dešavaju sa povećanjem entropije.U biologiji život uvek počinje rođenjem, nastavlja se kroz mladost, zrelost i starost i završava se smrću i nikada se ne dešava ne samo obrnuti razvojživih organizama, ali čak i zaustavljanja ovog procesa.U astronomiji su to zvijezde koje postepeno blijede ili su podložne gravitacionom kolapsu.
- 14. Hvala na pažnji!
>>Fizika: Nepovratnost procesa u prirodi
Zakon održanja energije kaže da količina energije tokom bilo koje transformacije ostaje nepromijenjena. U međuvremenu, mnogi procesi koji su potpuno prihvatljivi sa stanovišta zakona održanja energije nikada se ne dešavaju u stvarnosti.
Primjeri ireverzibilnih procesa. Zagrijana tijela se postepeno hlade, prenoseći svoju energiju na hladnija okolna tijela. Obrnuti proces prijenosa topline s hladnog tijela na vruće nije u suprotnosti sa zakonom održanja energije ako je količina toplote koju odaje hladno tijelo jednaka količini toplote koju primi vruće tijelo, ali takav proces se nikada ne dešava spontano.
Još jedan primjer. Oscilacije klatna, uklonjenog iz ravnotežnog položaja, opadaju ( Slika 13.9; 1, 2, 3, 4- uzastopni položaji klatna pri maksimalnim odstupanjima od ravnotežnog položaja). Zbog rada sila trenja, mehanička energija klatna se smanjuje, a temperatura klatna i okolnog zraka (a samim tim i njihova unutrašnja energija) blago raste. Energetski je dozvoljen i obrnuti proces, kada se amplituda oscilacija klatna povećava zbog hlađenja samog klatna i okoline. Ali takav proces se nikada ne posmatra. Mehanička energija se spontano pretvara u unutrašnju energiju, ali ne i obrnuto. U tom slučaju energija uređenog kretanja tijela u cjelini pretvara se u energiju nesređenog toplinskog kretanja molekula koji ga čine.
Opšti zaključak o nepovratnosti procesa u prirodi. Prijelaz topline iz vrućeg tijela u hladno i mehaničke energije u unutrašnju energiju primjeri su najtipičnijih ireverzibilnih procesa. Broj ovakvih primjera može se povećati gotovo neograničeno. Svi oni kažu da procesi u prirodi imaju određeni pravac, koji se ni na koji način ne odražava u prvom zakonu termodinamike. Svi makroskopski procesi u prirodi odvijaju se samo u jednom specifičnom pravcu. Ne mogu spontano teći u suprotnom smjeru. Svi procesi u prirodi su nepovratni, a najtragičniji od njih su starenje i smrt organizama.
Precizna formulacija koncepta ireverzibilnog procesa. Da bismo pravilno razumjeli suštinu ireverzibilnosti procesa, potrebno je napraviti sljedeće pojašnjenje: nepovratan To su procesi koji se mogu spontano odvijati samo u jednom specifičnom pravcu; mogu teći u suprotnom smjeru samo pod vanjskim utjecajem. Dakle, opet možete povećati zamah klatna gurajući ga rukom. Ali ovo povećanje ne nastaje samo od sebe, već postaje moguće kao rezultat više složen proces, uključujući pokrete ruke.
Matematički, nepovratnost mehaničkih procesa izražava se u činjenici da se jednačine kretanja makroskopskih tijela mijenjaju sa promjenom predznaka vremena. Oni su, kako kažu u takvim slučajevima, neinvarijantni prema transformaciji t→-t. Ubrzanje ne mijenja znak prilikom zamjene t→-t. Sile koje zavise od udaljenosti također ne mijenjaju predznak. Zamjenski znak t on -t menja sa brzinom. Zato se, kada rad obavljaju sile trenja koje zavise od brzine, kinetička energija tijela nepovratno se pretvara u unutrašnju energiju.
Bioskop je suprotno. Upečatljiva ilustracija nepovratnosti pojava u prirodi je gledanje filma u obrnutom smjeru. Na primjer, skok u vodu će izgledati ovako. Mirna voda u bazenu počinje ključati, pojavljuju se noge koje se brzo kreću prema gore, a zatim i cijeli ronilac. Površina vode se brzo smiruje. Postepeno se brzina ronioca smanjuje i sada mirno stoji na tornju. Ono što vidimo na ekranu moglo bi se dogoditi u stvarnosti ako bi se procesi mogli obrnuti.
Apsurd onoga što se dešava na ekranu proizlazi iz činjenice da smo navikli na određeni pravac procesa i ne sumnjamo u nemogućnost njihovog obrnutog toka. Ali takav proces kao što je podizanje ronioca na toranj iz vode nije u suprotnosti ni sa zakonom održanja energije, ni sa zakonima mehanike, niti sa bilo kojim zakonima, osim drugi zakon termodinamike.
Drugi zakon termodinamike. Drugi zakon termodinamike ukazuje na pravac mogućih energetskih transformacija, odnosno na pravac procesa i time izražava nepovratnost procesa u prirodi. Ovaj zakon je ustanovljen direktnim uopštavanjem eksperimentalnih činjenica.
Postoji nekoliko formulacija drugog zakona koje, uprkos svojim vanjskim razlikama, u suštini izražavaju istu stvar i stoga su ekvivalentne.
Njemački naučnik R. Clausius (1822-1888) formulisao je ovaj zakon na sljedeći način: Nemoguće je prenijeti toplinu sa hladnijeg sistema na topliji u nedostatku drugih istovremenih promjena u oba sistema ili u okolnim tijelima.
Ovdje se navodi eksperimentalna činjenica određenog smjera prijenosa topline: toplina uvijek prelazi sama od vrućih tijela do hladnih. Istina, u rashladnim jedinicama dolazi do prijenosa topline sa hladnog tijela na toplije, ali je taj prijenos povezan s drugim promjenama u okolnim tijelima: hlađenje se postiže radom.
Važnost ovog zakona je u tome što se iz njega može izvesti zaključak o nepovratnosti ne samo procesa prijenosa topline, već i drugih procesa u prirodi. Ako bi se toplina u nekim slučajevima mogla spontano prenijeti sa hladnih tijela na vruća, onda bi to omogućilo da se drugi procesi učine reverzibilnim.
Svi procesi se spontano odvijaju u jednom specifičnom pravcu. Oni su nepovratni. Toplota se uvijek kreće od vrućeg tijela do hladnog, a mehanička energija makroskopskih tijela - u unutrašnju energiju.
Smjer procesa u prirodi je naznačen drugim zakonom termodinamike.
???
1. Koji se procesi nazivaju nepovratnim? Navedite najtipičnije nepovratne procese.
2. Kako je formulisan drugi zakon termodinamike?
3. Ako bi rijeke tekle unatrag, da li bi to značilo da je prekršen zakon održanja energije?
G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, Fizika 10. razred
Sadržaj lekcije beleške sa lekcija podrška okvirnoj prezentaciji lekcija metode ubrzanja interaktivne tehnologije Vježbajte zadaci i vježbe radionice za samotestiranje, obuke, slučajevi, potrage domaća zadaća diskusija pitanja retorička pitanja učenika Ilustracije audio, video i multimedija fotografije, slike, grafike, tabele, dijagrami, humor, anegdote, vicevi, stripovi, parabole, izreke, ukrštene reči, citati Dodaci sažetakačlanci trikovi za radoznale jaslice udžbenici osnovni i dodatni rječnik pojmova ostalo Poboljšanje udžbenika i lekcijaispravljanje grešaka u udžbeniku ažuriranje fragmenta u udžbeniku, elementi inovacije u lekciji, zamjena zastarjelog znanja novim Samo za nastavnike savršene lekcije kalendarski plan za godinu smjernice diskusioni programi Integrisane lekcijeAko imate ispravke ili prijedloge za ovu lekciju,
Zakon održanja energije kaže da količina energije tokom bilo koje transformacije ostaje nepromijenjena. Ali on ništa ne govori o tome koje su transformacije energije moguće. U međuvremenu, mnogi procesi koji su potpuno prihvatljivi sa stanovišta zakona održanja energije nikada se ne dešavaju u stvarnosti.
Primjeri ireverzibilnih procesa. Zagrijana tijela se postepeno hlade, prenoseći svoju energiju na hladnija okolna tijela. Obrnuti proces prenosa toplote sa hladnoće
tijelo do vruće nije u suprotnosti sa zakonom održanja energije, ali takav proces nikada nije uočen.
Još jedan primjer. Oscilacije klatna, uklonjene iz ravnotežnog položaja, izumiru (sl. 49; 1, 2, 3, 4 - uzastopni položaji klatna pri maksimalnim odstupanjima od ravnotežnog položaja). Zbog rada sila trenja, mehanička energija se smanjuje, a temperatura klatna i okolnog zraka (a samim tim i njihova unutrašnja energija) blago raste. Energetski je dozvoljen i obrnuti proces, kada se amplituda oscilacija klatna povećava zbog hlađenja samog klatna i okoline. Ali takav proces nikada nije primećen. Mehanička energija se spontano pretvara u unutrašnju energiju, ali ne i obrnuto. U tom slučaju uređeno kretanje tijela u cjelini prelazi u nesređeno termičko kretanje molekule koji ga čine.
Opšti zaključak o nepovratnosti procesa u prirodi. Prijelaz topline iz vrućeg tijela u hladno i mehanička energija u unutrašnju energiju primjeri su najtipičnijih ireverzibilnih procesa. Broj ovakvih primjera može se povećati gotovo neograničeno. Svi oni kažu da procesi u prirodi imaju određeni pravac, koji se ni na koji način ne odražava u prvom zakonu termodinamike. Svi makroskopski procesi u prirodi odvijaju se samo u jednom specifičnom pravcu. Ne mogu spontano teći u suprotnom smjeru. Svi procesi u prirodi su nepovratni, a najtragičniji od njih su starenje i smrt organizama.
Precizna formulacija koncepta ireverzibilnog procesa. Da bismo pravilno shvatili suštinu ireverzibilnosti procesa, potrebno je napraviti sljedeće pojašnjenje. Nepovratan je proces čiji se obrnuto može dogoditi samo kao jedna od karika u složenijem procesu. Dakle, opet možete povećati zamah klatna gurajući ga rukom. Ali ovo povećanje se ne događa samo po sebi, već postaje moguće kao rezultat složenijeg procesa koji uključuje kretanje ruke.
U principu je moguće prenijeti toplotu sa hladnog tijela na toplo. Ali za to je potrebna rashladna jedinica koja troši energiju.
Bioskop je suprotno. Upečatljiva ilustracija nepovratnosti pojava u prirodi je gledanje filma u obrnutom smjeru. Na primjer, skok u vodu će izgledati ovako. Mirna voda u bazenu počinje da ključa, pojavljuju se noge koje se brzo kreću prema gore, a zatim
i cijeli ronilac. Površina vode se brzo smiruje. Postepeno se brzina ronioca smanjuje i sada mirno stoji na tornju. Ono što vidimo na ekranu moglo bi se dogoditi u stvarnosti ako bi se procesi mogli obrnuti. “Apsurd” onoga što se dešava proizlazi iz činjenice da smo navikli na određeni smjer procesa i ne sumnjamo u nemogućnost njihovog obrnutog toka. Ali takav proces kao što je podizanje ronioca na toranj iz vode nije u suprotnosti ni sa zakonom održanja energije, ni sa zakonima mehanike, niti s bilo kojim zakonima, osim s drugim zakonom termodinamike.
Drugi zakon termodinamike. Drugi zakon termodinamike ukazuje na smjer mogućih transformacija energije i time izražava nepovratnost procesa u prirodi. Utvrđeno je direktnim uopštavanjem eksperimentalnih činjenica.
Postoji nekoliko formulacija drugog zakona koje, uprkos svojim vanjskim razlikama, u suštini izražavaju istu stvar i stoga su ekvivalentne.
Nemački naučnik R. Klauzijus formulisao je ovaj zakon na sledeći način: nemoguće je preneti toplotu sa hladnijeg sistema na topliji u odsustvu drugih istovremenih promena u oba sistema ili u okolnim tijelima.
Ovdje se navodi eksperimentalna činjenica određenog smjera prijenosa topline: toplina uvijek sama prelazi od vrućih tijela do hladnih. Istina, u rashladnim jedinicama dolazi do prijenosa topline sa hladnog tijela na toplije, ali je taj prijenos povezan s „drugim promjenama u okolnim tijelima”: hlađenje se postiže radom.
Važnost ovog zakona leži u činjenici da se iz njega može izvesti zaključak o nepovratnosti ne samo procesa prijenosa topline, već i drugih procesa u prirodi. Ako bi se toplina u nekim slučajevima mogla spontano prenijeti sa hladnih tijela na vruća, onda bi to omogućilo da se drugi procesi učine reverzibilnim. Konkretno, to bi omogućilo stvaranje motora koji u potpunosti pretvaraju unutrašnju energiju u mehaničku energiju.
Kada tijela dođu u kontakt, proces prijenosa topline odvija se spontano sa vrućeg tijela na hladno dok oba tijela ne dođu u kontakt. iste temperature. Na primjer, šolja toplog čaja. Svi makroskopski procesi u prirodi odvijaju se samo u jednom specifičnom pravcu. Ne mogu spontano teći u suprotnom smjeru. Nepovratan proces– Ovo je svaki proces praćen trenjem, jer Tokom trenja, dio mehaničke energije se pretvara u toplinu. Svaki stvarni proces je nepovratan. (Starenje; skijaški skokovi, itd.).
Reverzibilni proces– ovo je proces u kojem sistem, prelazeći iz stanja 2 u stanje 1, prolazi kroz iste međutačke kao i kada prelazi iz stanja 1 u stanje 2. Ovaj proces omogućava sistemu da se vrati u prvobitno stanje bez ikakvih promjena u okruženju . (Koplica u vakuumu pada na savršeno elastičnu ploču; klatno osciluje u vakuumu)
Koncept drugog zakona termodinamike.
Drugi zakon termodinamike (Clausiusova formulacija): izmjena toplote se odvija u pravcu od toplijih tijela ka hladnijim.
Matematička notacija drugog zakona termodinamike.
Toplotni motori.
Toplotni motori nazivaju se motori koji pretvaraju unutrašnju energiju goriva u mehanički rad. Da bi motor radio, mora postojati razlika tlaka na obje strane klipa motora. Razlika pritiska se postiže povećanjem temperature radnog fluida (gasa) za stotine ili hiljade stepeni u odnosu na temperaturu okoline. Ovo povećanje temperature nastaje kada gorivo sagorijeva.
Princip rada toplotnog motora. Svaki toplotni stroj mora imati grijač, radni fluid i hladnjak (frižider). Grijač predaje radnom fluidu (plinu) određenu količinu toplote Q 1, što dovodi do povećanja njegovog unutrašnja energija. Radni fluid radi zbog unutrašnje rezerve energije. Radni fluid svih toplotnih motora je gas, koji nastaje tokom sagorevanja goriva u cilindru motora i kada se proširi, radi. U motoru, plin, kada se širi, ne može dati svu svoju unutrašnju energiju da izvrši rad. Deo toplote Q 2 se prenosi u frižider (atmosferu) zajedno sa izduvnom parom ili izduvnim gasovima motora. Ovaj dio unutrašnje energije se gubi.
Radni fluid motora prima količinu toplote Q 1 tokom sagorevanja goriva, obavlja rad i prenosi količinu toplote Q 2 u frižider Koeficijent performansi (efikasnosti) toplotnog motora je omjer rada motora i količine topline primljene od grijača: Efikasnost bilo koje mašine<1 Carnot ciklus. Zakoni termodinamike omogućavaju izračunavanje najveće moguće efikasnosti toplotnog motora koji radi s grijačem na temperaturi T1 i hladnjakom na temperaturi T2. To je prvi uradio francuski fizičar Sadi Carnot 1824. On je smislio (teoretski) idealan toplotni motor sa idealnim gasom kao radnim fluidom. Carnot je dobio formulu za efikasnost ove mašine: Glavni značaj ove formule je da bilo koji pravi toplotni motor koji radi sa grejačem na temperaturi T1 i frižiderom na temperaturi T2 ne može imati efikasnost veću od one idealne toplotne mašine. Ova formula daje teoretsku granicu za maksimalnu vrijednost efikasnosti toplotnih motora. Stvarna vrijednost efikasnosti zbog različitih gubitaka energije je približno 40%. Dizel motori imaju maksimalnu efikasnost od oko 44%. Dalekoistočni državni transportni univerzitet O računskom i grafičkom radu na temu: Nepovratnost procesa u prirodi i strela vremena Trofimets A.A. Provjereno od strane nastavnika: Dryutskaya S.M. 1. Uvod 3 2. Opće karakteristike i formulacija Drugi zakon termodinamike 4 3. Koncept entropije 8 4. Strelica vremena 10 5. Zaključak 11 6. Reference 12 Uvod
-
zagrijavanje toplijeg tijela hladnijim; Spontano njihanje klatna iz stanja mirovanja; Sakupljanje pijeska u kamen itd. Procesi u prirodi imaju određeni smjer. Ne mogu spontano teći u suprotnom smjeru. Opće karakteristike i formulacija drugog zakona termodinamike Prirodni procesi su uvijek usmjereni ka tome da sistem postigne ravnotežno stanje (mehaničko, termičko ili bilo koje drugo). Ovaj fenomen se ogleda u drugom zakonu termodinamike, koji je takođe od velikog značaja za analizu rada termoenergetskih mašina. U skladu sa ovim zakonom, na primer, toplota može spontano da pređe samo sa tela sa višom temperaturom na telo sa nižom temperaturom. Da bi se izvršio obrnuti proces, potrebno je uložiti nešto posla. U tom smislu, drugi zakon termodinamike može se formulisati na sledeći način: proces u kojem bi toplota spontano prelazila sa hladnijih tela na toplija tela je nemoguć(Clausiusov postulat, 1850). Drugi zakon termodinamike takođe određuje uslove pod kojima se toplota može pretvoriti u rad koliko god je potrebno. U svakom otvorenom termodinamičkom procesu, kako se volumen povećava, vrši se pozitivan rad: Gdje sam završni rad, V1 i v2 su početni i konačni specifični volumen, respektivno; Ali proces ekspanzije ne može se nastaviti beskonačno, stoga je mogućnost pretvaranja topline u rad ograničena. Kontinuirano pretvaranje toplote u rad se vrši samo u kružnom procesu ili ciklusu. Svaki elementarni proces uključen u ciklus se izvodi kada se toplota dovodi ili uklanja dQ, praćeno je dovršenjem ili utroškom posla, povećanjem ili smanjenjem unutrašnje energije, ali uvijek kada je ispunjen uslov dQ=dU+dL I dq=du+dl,što pokazuje da bez dovoda topline ( dq=0) vanjski rad se može obavljati samo zbog unutrašnje energije sistema, a dovod topline termodinamičkom sistemu je određen termodinamičkim procesom. Integracija zatvorene petlje daje: />, />, budući da />. Evo QC I LC- odnosno, toplota pretvorena u rad u ciklusu i rad radnog fluida, što je razlika | L1
| - |L2
| pozitivni i negativni radovi elementarnih procesa ciklusa. Elementarna količina toplote može se smatrati isporučenom (dQ>0) i preusmjeren (dQ iz radnog fluida. Zbir dovedene toplote u ciklusu |Q1|, i zbir oduzete toplote |Q2|. Dakle, LC=QC=|Q1
| - |Q2
|.
Dovod toplotne količine Q1 radnom fluidu je moguć u prisustvu spoljašnjeg izvora sa temperaturom višom od temperature radnog fluida. Ovaj izvor toplote se naziva vrućim. Odvođenje količine toplote Q2 iz radnog fluida moguće je i u prisustvu spoljašnjeg izvora toplote, ali sa temperaturom nižom od temperature radnog fluida. Takav izvor toplote naziva se hladnoća. Dakle, za završetak ciklusa potrebno je imati dva izvora toplote: jedan sa visoke temperature, drugi sa niskim. U ovom slučaju, ne može se sva utrošena količina toplote Q1 pretvoriti u rad, jer se količina toplote Q2 prenosi na izvor hladnoće. Radni uslovi toplotnog motora su sledeći: Potreba za dva izvora toplote (topli i hladni); Ciklični rad motora; Prijenos dijela primljene količine topline sa toplog izvora na hladan bez pretvaranja u rad. U tom smislu, drugom zakonu termodinamike može se dati još nekoliko formulacija: prijenos topline s hladnog izvora na topli je nemoguć bez troškova rada;
nemoguće je izgraditi povremeno radnu mašinu koja obavlja rad i, shodno tome, hladi termalni rezervoar; priroda teži prelasku iz manje verovatnih stanja u ona verovatnija.
Treba naglasiti da je drugi zakon termodinamike (kao i prvi) formulisan na osnovu iskustva. U većini opšti pogled Drugi zakon termodinamike može se izraziti na sljedeći način: svaki pravi spontani proces je nepovratan.
Sve ostale formulacije drugog zakona su posebni slučajevi najopštije formulacije. W. Thomson (Lord Kelvin) je 1851. predložio sljedeću formulaciju: Nemoguće je, uz pomoć agensa neživog materijala, postići mehanički rad od bilo koje mase materije hlađenjem ispod temperature najhladnijeg okolnog objekta. M. Planck je predložio formulaciju koja je bila jasnija od Thomsonove: Nemoguće je izgraditi periodično radnu mašinu, čiji bi se čitav rad sveo na koncept određenog opterećenja i hlađenja izvora toplote. Periodično radnu mašinu treba shvatiti kao motor koji neprekidno (u cikličnom procesu) pretvara toplotu u rad. U stvari, kada bi bilo moguće izgraditi toplinski stroj koji bi jednostavno uzimao toplinu iz nekog izvora i kontinuirano (ciklički) je pretvarao u rad, onda bi to bilo u suprotnosti sa stavom da rad može proizvesti sistem samo kada nema ravnoteže. (posebno u vezi sa toplotni motor– kada postoji temperaturna razlika između toplih i hladnih izvora u sistemu). Da nije bilo ograničenja nametnutih drugim zakonom termodinamike, to bi značilo da je moguće izgraditi toplinski stroj sa samo jednim izvorom topline. Takav motor bi mogao raditi hlađenjem, na primjer, vode u okeanu. Ovaj proces se mogao nastaviti sve dok se sva unutrašnja energija okeana ne pretvori u rad. Toplotni motor koji bi djelovao na ovaj način prikladno je nazvao V.F. Ostwald vječni motor druge vrste
(Za razliku od vječni motor prve vrste, radeći suprotno zakonu održanja energije). U skladu s gore navedenim, formulacija drugog zakona termodinamike koju je dao Planck može se modificirati na sljedeći način: implementacija perpetualnog motora druge vrste je nemoguća.
Treba napomenuti da postojanje perpetualnog motora druge vrste nije u suprotnosti sa prvim zakonom termodinamike; u stvari, u ovom motoru rad bi se proizveo ne iz ničega, već iz unutrašnje energije sadržane u izvoru toplote, tako da s kvantitativne strane proces dobijanja rada iz toplote u u ovom slučaju ne bi bilo neizvodljivo. Međutim, postojanje takvog motora je nemoguće sa stanovišta kvalitativne strane procesa prijenosa topline između tijela. Često se drugi zakon termodinamike predstavlja kao jedinstveni princip postojanja i povećanja entropije. Princip postojanja entropije je formulisan kao matematički izraz za entropiju termodinamičkih sistema u uslovima reverzibilnih procesa: Princip povećanja entropije svodi se na tvrdnju da se entropija izolovanih sistema uvek povećava sa bilo kojom promenom njihovog stanja i ostaje konstantna samo kada su procesi reverzibilni: Oba zaključka o postojanju i povećanju entropije dobijaju se na osnovu nekog postulata koji odražava ireverzibilnost stvarnih procesa u prirodi. Za dokazivanje kombinovanog principa postojanja i povećanja entropije najčešće se koriste postulati R. Clausiusa, W. Thompson-Kelvina i M. Plancka. U stvarnosti, principi postojanja i povećanja entropije nemaju ništa zajedničko. Fizički sadržaj: princip postojanja entropije karakteriše termodinamička svojstva sistema, a princip povećanja entropije je najverovatniji tok realnih procesa. Matematički izraz principa postojanja entropije je jednakost, a princip povećanja je nejednakost. Područja primjene: za proučavanje se koristi princip postojanja entropije i posljedice koje iz toga proizlaze fizička svojstva supstanci, a princip povećanja entropije se koristi za prosuđivanje najvjerovatnijeg toka fizičke pojave. Filozofsko značenje ovih principa je takođe drugačije. U tom smislu, principi postojanja i povećanja entropije razmatraju se odvojeno i njihovi matematički izrazi za bilo koja tijela dobijaju se na osnovu različitih postulata. Zaključak o postojanju apsolutne temperature T i entropije s kao termodinamičke funkcije stanja bilo kojeg tijela i sistema glavni je sadržaj drugog zakona termodinamike i primjenjuje se na sve procese - reverzibilne i ireverzibilne. Što je više reda u sistemu, teže ga je vratiti iz nereda. Neuporedivo je lakše razbiti staklo nego napraviti novo i staviti ga u okvir. Mnogo je lakše ubiti Živo biće nego da ga vrati u život, ako je ikako moguće. “Bog je stvorio malu bubu. Ako ga zgnječite, umrijet će”, ovo je epigraf koji je napisao američki biohemičar Szent Gyorgi svojoj knjizi “Bioenergija”. Odabrani smjer vremena („strijela vremena“), koji opažamo, očito je povezan upravo sa smjerom procesa u svijetu. Bibliografija: G.Ya. Myakishev, A.Z. Sinyakov. Molekularna fizika i termodinamiku. Tutorial za dubinska studija fizika, 2002 Kirillin V.A. i dr. Tehnička termodinamika: Udžbenik za univerzitete - 4. izd., prerađeno - M.: Energoatomizdat, 1983. Osnovi toplote / V.S. Okhotin, V.F. Zhidkikh, V.M. Lavygin i dr. - M.: Viša škola, 1984. Poršakov B.P., Romanov B.A. Osnovi termodinamike i toplotne tehnike - M.: Nedra, 1988. Toplotna tehnika /ur. IN AND. Krutova.- M.: Mašinstvo, 1986 Termoenergetika i grijanje. Opća pitanja(priručnik) - M.: Energy, 1980.
, gdje je T 1 – temperatura grijača; T 2 – temperatura frižidera;
Ministarstvo željeznica Ruske Federacije
Katedra za hemiju i ekologiju
Izvještaj
Izvršio: učenik grupe 318
Habarovsk 2010
Zakon održanja energije kaže da količina energije tokom bilo koje transformacije ostaje nepromijenjena. Ali on ništa ne govori o tome koje su transformacije energije moguće. U međuvremenu, mnogi procesi koji su potpuno prihvatljivi sa stanovišta zakona održanja energije nikada se ne dešavaju u stvarnosti.
Zakon o očuvanju energije ne zabranjuje procesi koji se doživljavaju ne javljaju se:
Drugi zakon termodinamike, kao najvažniji zakon prirode, određuje smjer u kojem se termodinamički procesi odvijaju, uspostavlja moguće granice za pretvaranje topline u rad u kružnim procesima i omogućava nam da damo striktnu definiciju pojmova kao što je entropija. , temperatura itd.
Koncept entropije
Nesklad između pretvaranja topline u rad i rada u toplinu vodi jednostranom smjeru stvarnih procesa u prirodi, što odražava fizičko značenje drugi zakon termodinamike u zakonu o postojanju i porastu u realnim procesima određene funkcije tzv entropija
, definisanje mjera amortizacije energije.
Strela vremena
U svim procesima postoji odabrani pravac u kojem procesi sami prelaze iz uređenijeg stanja u manje uređeno.
Zaključak
Zbog činjenice da je kontinuirana proizvodnja rada iz topline moguća samo ako se dio topline preuzete iz toplog izvora prenese na hladni izvor, treba naglasiti važnu osobinu termičkih procesa: mehanički rad, električni rad, rad magnetske sile itd. može se pretvoriti u toplinu bez ikakvog ostatka.Što se tiče toplote, samo deo nje može se u procesu koji se periodično ponavlja može pretvoriti u mehanički i druge vrste rada; drugi deo mora neizbežno biti prebačen u izvor hladnoće. Ovo najvažnija karakteristika termički procesi su određeni posebnim položajem koji zauzima proces dobivanja rada iz topline bilo koje druge metode dobivanja rada (npr. mehanički rad zbog kinetičke energije tijela, dobijanje električne energije uslijed mehaničkog rada, proizvodnju rada magnetsko polje zbog struje itd.). Kod svake od ovih metoda konverzije, dio energije se mora potrošiti na neizbježne nepovratne gubitke, kao što su trenje, električni otpor, magnetni viskozitet itd., pretvarajući se u toplinu.