Другі пачатак тэрмадынамікі

Другі пачатак тэрмадынамікі, другі закон тэрмадынамікі – палажэнне, якое ўсталёўвае скіраванасць і ўмовы працякання усіх тэрмадынамічных працэсаў.

Сутнасць

У першым законе тэрмадынамікі сцвярджаецца, што цеплыня можа ператварацца ў работу, а работа ў цеплыню, аднак нічога не гаворыцца пра ўмовы, пры якіх магчымае такое ператварэнне і зусім не асветлена пытанне пра скіраванасць тэрмадынамічнага працэсу.

Напрыклад, калі ёсць два целы, тэмпературы якіх розныя, то першаму закону тэрмадынамікі не супярэчыць пераход цеплыні ад халоднага цела да нагрэтага. У сапраўднасці такая сітуацыя немагчымая без задзейнічання дадатковай работы. Самаадвольнае ператварэнне, відавочна, ніякай дадатковай кампенсацыі не патрабуе. Гэта аснова аднаго з фундаметальных законаў Прыроды – які атрымаў назву другога пачатку тэрмадынамікі.

Фармулёўкі

У аснову фармулёвак другога пачатку тэрмадынамікі пакладзены пастулаты, г.зн. палажэнні, якія не патрабуюць доказаў і з’яўляюцца вынікам вопытаў. Найбольш вядомыя фармулёўкі:

Р. Клаўзіус (1822-1888):

• Цеплыня не можа сама сабой пераходзіць халоднага цела да гарачага.

У. Томсан (Кельвін) (1824-1907):

• Цеплыню цела немагчыма ператварыць у работу, не чынячы ніякага іншага дзеяння, акрамя ахаладжэння гэтага цела.

В. Оствальд (1853-1932):

• Немагчыма стварыць вечны рухавік другога роду.

Л. Больцман(1844-1906):

• Прырода імкнецца ад станаў меньш верагодных да станаў больш верагодных.

С. Карно (1837-1894):

• Для пераводу цеплыні ў работу неабходна наяўнасць, акрамя крыніцы цеплыні, ахаладжальніка болей нізкай тэмпературы, то бок неабходны тэмпературны перепад. (гл. цыкл Карно).

Матэматычная мадэль

На практыцы, каб матэматычна разлічваць змены, што адбыліся ў тэрмадынамічным працэсе, ўводзяць панятак энтрапіі, як меры незваротнасці працэса (гл. асноўны артыкул энтрапія). Тады другі пачатак тэрмадынамікі прымае выгляд:

• $dS\geq \ 0$,
  

Для цыклаў запіс другога пачатку тэрмадынамікі носіць назву інтэграла Клаўзіуса і мае наступны выгляд:

• $\oint _{}{\frac {\delta Q}{T}}\geq \ 0\,\,$,
  

Знак роўнасці ў першай і другой формулах адпавядае зваротным працэсам, знак няроўнасці – незваротным.

Высновы

З аналізу другога пачатку тэрмадынамікі паўстаюць наступныя высновы:

• Самаадвольныя (натуральныя) працэсы незваротныя.
  

• Энергія ізаляванай сістэмы дэградуе (пераходзіць са стану з высокім патэнцыялам да стану з нізкім патэнцыялам энергавыкарыстання).
  

• Энтрапія ізаляванай сістэмы імкнецца да максімума.
  

Апошняе выказванне ляжыць у аснове тэорыі аб цеплавой смерці Сусвету.

Тэорыя аб цеплавой смерці Сусвету

Упершыню выснову аб цеплавой смерці Сусвету выказаў яшчэ ў 1852 годзе У. Томпсан (Кельвін). Згодна гэтай тэорыі, якая базуецца на другім законе тэрмадынамікі энтрапія Сусвету імкнецца да стану з максімумам (як і энтрапія любой ізаляванай сістэмы). На практыцы гэта значыць, што ўсе віды сусветнай энергіі перайдуць у энергію цеплавога руху, якая раўнамерна будзе размеркавана па ўсім Сусвеце, пасля гэтага абсалютна ўсе тэрмадынамічные працэсы павінны быць скончаныя. Такі стан адпавядаў бы цеплавой смерці Сусвету. (Гл. асноўны артыкул Цеплавая смерць Сусвету).

Гл. таксама

• Энтрапія
• Цеплавая смерць Сусвету
• Вечны рухавік
• Цыкл Карно

Крыніцы

• Бурдаков В. П. Термодинамика — Москва: Дрофа, 2009., ч.1., 479 с.
  
• Жилко В. В., Лавриненко А. В., Маркович Л. Г. Физика — Минск: Народная асвета, 2002, 382 с.