Първият закон на термодинамиката е свързан със запазването на енергията, докато вторият закон за термодинамиката твърди, че някои от процесите на термодинамиката са недопустими и не следва изцяло първия закон на термодинамиката.
Думата „ термодинамика “ произлиза от гръцките думи, където „термо“ означава топлина, а „динамика“ означава мощност. Така че термодинамиката е изучаване на енергия, която съществува в различни форми като светлина, топлина, електрическа и химическа енергия.
Термодинамиката е много жизненоважна част от физиката и свързаната с нея област като химия, материалознание, наука за околната среда и др. Междувременно „закон“ означава системата от правила. Следователно законите на термодинамиката се занимават с една от формите на енергия, която е топлина, тяхното поведение при различни обстоятелства, съответстващи на механичната работа.
Въпреки че знаем, че има четири закона на термодинамиката, като се започне от нулевия закон, първият закон, вторият закон и третият закон. Но най-използваните са първият и вторият закони, затова в това съдържание ще обсъждаме и разграничаваме първия и втория закон.
Сравнителна диаграма
| Основа за сравнение | Първи закон на термодинамиката | Втори закон на термодинамиката |
|---|---|---|
| изявление | Енергията не може нито да бъде създадена, нито да бъде унищожена. | Ентропията (степен на нарушения) на изолирана система никога не намалява, а винаги се увеличава. |
| изразяване | ΔE = Q + W, се използва за изчисляване на стойността, ако са известни две количества. | ΔS = ΔS (система) + ΔS (около)> 0 |
| Изразът предполага това | Промяната на вътрешната енергия на една система е равна на сумата от топлинния поток в системата и работата, извършена върху системата от околните. | Общата промяна в ентропията е сумата от промяната в ентропията на системата и околните, която ще се увеличи за всеки реален процес и не може да бъде по-малка от 0. |
| пример | 1. Електрически крушки, когато светлината преобразува електрическата енергия в светлинна енергия (лъчева енергия) и топлинна енергия (топлинна енергия). 2. Растенията превръщат слънчевата светлина (светлинна или лъчева енергия) в химическа енергия в процеса на фотосинтеза. | 1. Машините преобразуват силно полезната енергия като горивата в по-малко полезната енергия, която не е равна на енергията, поета при започване на процеса. 2. Нагревателят в стаята използва електрическата енергия и отделя топлина в помещението, но за сметка на това помещението не може да осигури същата енергия. |
Определение на първи закон на термодинамиката
Първият закон на термодинамиката гласи, че „ енергията не може да бъде създадена, нито да бъде унищожена “, тя може да се трансформира само от едно състояние в друго. Това е известно и като закон за опазване.
Има много примери за обяснение на горното твърдение, като електрическа крушка, която използва електрическа енергия и се превръща в светлинна и топлинна енергия.
Всички видове машини и двигатели използват един или друг вид гориво, за да извършват работа и да дават различни резултати. Дори живите организми ядат храна, която се усвоява и осигурява енергия за извършване на различни дейности.
ΔE = Q + W
Тя може да бъде изразена с простото уравнение като ΔE, което е промяната на вътрешната енергия на една система, равна на сумата топлина (Q), която тече през границите на околните и работата се извършва (W) на система от околните. Но да предположим, че ако топлинният поток е излязъл от системата, тогава 'Q' би било отрицателно, подобно на това, ако работата е извършена от системата, тогава 'W' също ще бъде отрицателна.
Така че можем да кажем, че целият процес се основава на два фактора, които са топлина и работа, и лека промяна в тях ще доведе до промяна на вътрешната енергия на една система. Но тъй като всички знаем, че този процес не е толкова спонтанен и не е приложим всеки път, като енергията никога не протича спонтанно от по-ниска температура към по-висока.
Определение на втори закон на термодинамиката
Има няколко начина да изразим втория закон на термодинамиката, но преди това трябва да разберем, че защо е въведен вторият закон. Смятаме, че в реалния процес на ежедневния живот първият закон на термодинамиката трябва да отговаря, но той не е задължителен.
Например, помислете за електрическа крушка в стая, която ще покрие електрическата енергия в топлинна (топлинна) и светлинна енергия и помещението ще олекне, но обратното не е възможно, ако осигурим същото количество светлина и топлина за крушката, тя ще се преобразува в електрическата енергия. Въпреки че това обяснение не се противопоставя на първия закон на термодинамиката, в действителност това също не е възможно.
Според изявлението на Келвин-Планк „Невъзможно е всяко устройство, което работи в цикъл, получава топлина от един резервоар и да го преобразува 100% в работа, т.е. няма топлинен двигател с топлинен коефициент на полезно действие 100%“,
Дори Клаузий каза, че „невъзможно е да се конструира устройство, което работи в цикъл и да прехвърля топлина от нискотемпературен резервоар към резервоар с висока температура при липса на външна работа“.
Така че от горното твърдение става ясно, че Вторият закон на термодинамиката обяснява начина, по който енергийната трансформация се осъществява само в определена посока, което не е изчистено в първия закон на термодинамиката.
Вторият закон на термодинамиката, известен още като Закон за повишена ентропия, който казва, че с течение на времето ентропията или степента на нарушения в системата винаги ще се увеличават. Вземете пример, че защо се забъркваме повече, след като започнем каквато и да е работа с всички планове с напредване на работата. Така с увеличаването на времето разстройствата или дезорганизацията също се увеличават.
Това явление е приложимо във всяка система, че с използването на полезна енергия неизползваната енергия ще бъде раздадена.
ΔS = ΔS (система) + ΔS (около)> 0
Както беше описано по-рано, delS, която е пълната промяна в ентропията, е сумата от промяната в ентропията на системата и околните, която ще се увеличи за всеки реален процес и не може да бъде по-малка от 0.
Ключови разлики между първи и втори закон на термодинамиката
По-долу са основните точки за разграничаване между първи и втори закон на термодинамиката:
- Според Първия закон на термодинамиката „Енергията не може нито да бъде създадена, нито да бъде унищожена, тя може да се трансформира само от една форма в друга“. Според Втория закон за термодинамиката, който не нарушава първия закон, но казва, че енергията, която се трансформира от едно състояние в друго, не винаги е полезна и на 100% е взета. Така че може да се каже, че „ентропията (степента на нарушения) на изолирана система никога не намалява, а винаги се увеличава“.
- Първият закон на термодинамиката може да се изрази като ΔE = Q + W, използва се за изчисляване на стойността, ако са известни две величини, докато вторият закон на термодинамиката може да се изрази като ΔS = ΔS (система) + ΔS ( около)> 0 .
- Изразът предполага, че промяната на вътрешната енергия на една система е равна на сумата от топлинния поток в системата и работата, извършена върху системата от околните в Първия закон. Във втория закон общата промяна в ентропията е сумата от промяната в ентропията на системата и околните, която ще се увеличи за всеки реален процес и не може да бъде по-малка от 0.
заключение
В тази статия обсъдихме термодинамиката, която не се ограничава до физиката или машините като хладилници, автомобили, перални машини, но тази концепция е приложима за всекидневната работа на всеки. Въпреки че тук разграничихме двата най-объркващи закона на термодинамиката, тъй като знаем, че има още два, които са лесни за разбиране и не са толкова противоречиви.
