A termodinamika második törvénye az univerzum termikus halála, a második faj örökös mozgása
Ideje foglalkozni a termodinamika második alapvető posztulátumával, amely a termodinamika második törvénye. A második elv nem bizonyítható a klasszikus termodinamika keretében. Formulációi a kísérletek, megfigyelések és kísérletek generalizálódásának eredménye. Röviden és világosan meséljen róla.
A termodinamika egy korábbi cikkében olyan termodinamikai rendszerekről beszéltünk, amelyek nagy részecskékből állnak. Az úgynevezett állami funkciókat használják ilyen rendszerek leírására.
A termodinamikai állapotfunkció (vagy termodinamikai potenciál) olyan funkció, amely számos független paramétertől függ, amely meghatározza a rendszer állapotát. Hogy világossá tegyük, példát adunk. A rendszer állapotának egyik funkciója a belső energia. Nem függ attól, hogy a rendszer hogyan alakult ebben az állapotban
Egy másik koncepció, amellyel meg kell ismerkedni, az entrópia. A termodinamika második törvényének megértése érdekében az entrópia nagyon fontos. És ez egy gyönyörű szó is, amelyet sokan elakadnak, és amelyek a cégben elképeszthetők.
A legáltalánosabb esetben az entrópia egy bizonyos rendszer véletlenszerűségének mérője
Egyszerű példa. Képzelje el, hogy van egy doboz zokni. Ha a dobozban levő összes zoknit szétszórjuk és váltakozva és egymás után fekszenek, akkor az ilyen rendszer entrópiája maximális. És ha a zoknit párban összegyűjtik és egymás után szépen fekszenek - minimális.
A termodinamikában az entrópia egy termodinamikai rendszer állapotának függvénye, amely meghatározza az irreverzibilis energia disszipáció mértékét. Mit jelent ez? Ez azt jelenti, hogy a rendszer belső energiájának egy része nem tud bejutni a rendszer mechanikai munkájába. Például a hő mechanikai munkába történő átalakításának folyamatát mindig veszteségek kísérik, amelyek eredményeként a hő más típusú energiává alakul át.
Az irreverzibilis termodinamikai folyamatok entrópija nő, míg a reverzibilis folyamatoknál állandó marad. Az entrópia (S) matematikai ábrázolása:
Itt a delta Q a rendszer által biztosított vagy kivont hő mennyisége, T a rendszer hőmérséklete, dS az entrópia változása.
A termodinamika második törvényének különböző formái vannak, és itt van az egyik:
A zárt rendszer entrópiája növekszik a rendszer visszafordíthatatlan folyamataihoz
Mivel érdekelnek a dolgok lényegének megértése, még egy egyszerűbb meghatározást adunk:
Lehetetlen egy folyamat, amelynek egyetlen eredménye az energiának a hideg testtől a forró testig történő hőátadása
By the way, ez a formuláció a második törvény a termodinamika tartozik Rudolf Clausius, aki bevezette az entrópia fogalmát.
Lehetetlen egy folyamat, amelynek egyetlen eredménye az energiának a hideg testtől a forró testig történő hőátadása
És ismét az örök mozgatógép
Az első faj örök motorjának csalódása után az emberek még csak nem is gondoltak a feladásra. Egy idő után egy második fajta örök mozgatógépet találtak fel, amelynek munkája hőátadáson alapult, és nem sértette meg az energia megőrzésének törvényét. Egy ilyen motor átalakítja a környező testektől kapott összes hőt a munkába. Például, mivel végrehajtását úgy hagyták el, hogy hűtik az óceánt, hogy hatalmas mennyiségű hőt kapjanak. De szerencsére az óceán hűtése és a halak befagyasztása előtt ez nem jött létre. ez az ötlet ellentmond a dinamika második kezdetének. A gépek hatékonysága nem lehet egyenlő az egységgel, ugyanúgy, ahogyan a hő nem alakítható át teljes egészében. Tehát nem számít, mennyire keményen próbálkozik, a második fajta örök mozgatógép nem hozható létre, mint az első fajta örök mozgatógép.
A világegyetem termikus halála
A Rudolf Clausius 1865-es entrópia fogalmának bevezetése után sok vita, spekuláció és elmélet társult ezzel a koncepcióval. Egyikük az univerzum termikus halálának hipotézise. amit Clausius maga a termodinamika második törvénye alapján fogalmazott meg.
Rudolf Clausius (1822-1888)
Ez az elmélet által megfogalmazott Clausius kimondja, hogy a világegyetem, mint bármely zárt rendszer hajlamos a termodinamikai egyensúlyban, azzal jellemezve, maximum entrópia és a teljes hiánya makroszkopikus folyamatok, ami viszont minden értelemben ismerős számunkra az idő fogalma. Clausius szerint: "A világ energiája állandó marad. A világ entrópiája maximálisra törekszik. " Ez azt jelenti, hogy amikor az univerzum lépne a termodinamikai egyensúlyban, az összes folyamat megszűnik, és a világ zuhant állapotban „hő-halál”. A világegyetem bármely pontján a hőmérséklet ugyanaz lesz, többé nem lesz ok, ami bármilyen folyamatot okozhat.
Tetszeni fog: Milyen lehetőségek vannak a költségvetésbe való belépéshez: a pontok száma, az egyetem, a szakterületek szerint
A közelmúltban a világegyetem termikus halálának koncepciója meglehetősen széles körben elterjedt és aktív viták tárgyát képezte. Tehát a könyv Jeans «Universe körülöttünk» (. 1932) megtalálható a következő sorokat a hőhalál a világegyetem, „az univerzum nem létezhet örökre előbb vagy utóbb meg kell jönni az az idő, amikor ő volt az utolsó joule energia éri el a legmagasabb szintet a létrán tartozó segédprogram, amely ponton az aktív élet a világmindenség meg kell állniuk. "
Valahol a világegyetemben
Elméletének származtatása során Clausius érveléseit a következő extrapolációkkal (approximációk) használta:
- Az univerzumot zárt rendszernek tekintik.
- A világ fejlődését az államokban bekövetkező változásként lehet leírni.
Érdekes tény. vita a hőhalál tette az egyház azt mondani, hogy egy tudományos szempontból (beleértve azokat is köszönhető Clausius elmélet) megtalálható feltételeket, amelyek jelzik Isten létezését. Tehát 1952-ben ülésén „Pápai Tudományos Akadémia” Pius pápa a 12. mondta beszédében: „Az entrópia törvénye, szabadtéri Rudolf Clausius adta nekünk abban, hogy a spontán természeti folyamatok mindig együtt járnak-mentes, amelyet fel lehet használni az energia amiből az következik, hogy zárt anyagrendszerben ezek a folyamatok végül makroszkópos léptékben megszűnnek. Ez a szomorú szükségszerűség ... ékesszólóan bizonyságot tesz a szükséges lény létezéséről. "
A világegyetem termikus halálának elmélete
Mint fentebb megjegyeztük, Clausius elméletének származtatása során bizonyos extrapolációkat használtunk. Ma bizonyos nehézségek ellenére bizalommal mondhatjuk, hogy az ilyen következtetések tudománytalanok. Az a tény, hogy bizonyos korlátok vannak a termodinamika második törvényének alkalmazhatóságára: az alsó és a felső. Így a termodinamika második törvénye nem lehet alkalmazni a leírás Microsystems, amelynek méretei összehasonlíthatók a méretei molekulák és makro álló végtelen számú részecskék, azaz a világegyetem egészére.
A termodinamika második törvénye nem vonatkozik az univerzumra zárt rendszerként
Tulajdonképpen az első tudós, aki létrehozta a statisztikai jellege termodinamika második törvénye és a hő halál az univerzum, hogy engedélyezi az úgynevezett elmélet a fluktuáció hipotézis volt kiemelkedő fizikus-materialista Boltzmann. A Boltzmann-képlet tartja, ami lehetővé teszi statisztikai értelmezést a termodinamika második törvényéhez
Itt, S - entrópia a rendszer, k - Boltzmann állandó, P - termodinamikai valószínűsége az állam, határozza meg a számát mikroszkópos rendszerekhez, amely megfelelne a macrostate. A Boltzmann-képlet szerint,
Ez azt jelenti, hogy az elszigetelt rendszer állapotának termodinamikai valószínűsége az összes folyamatban bekövetkező folyamatban nem csökkenhet. Azonban, mivel a a végtelen részecskékből álló rendszerek esetében minden állam egyformán valószínű. a fenti összefüggés nem vonatkozik az univerzumra. Az ilyen rendszerekben vannak jelentős ingadozások (ingadozás - eltérést a valódi érték egy változót a középérték) képviselő az eltérést a termodinamika második törvénye. Boltzmann szerint a termodinamikai egyensúly állapota csak a leggyakoribb és legvalószínűbb; Ezenkívül önkényesen nagy ingadozások keletkezhetnek spontán módon az egyensúlyi rendszerben. Azaz, a világegyetemben, hogy a termodinamikai egyensúly, ingadozások gyakran fordulnak elő, az egyik ilyen ingadozás egy olyan terület, tér, amelyben találjuk magunkat.
Ludwig Boltzmann (1844-1906)
A modern megközelítés minden bizonnyal elutasítja az univerzum termikus halálának elméletét. Tekintettel a hatalmas az Univerzum korát és az a tény, hogy ez nem olyan állapotban a hő-halál, arra lehet következtetni, hogy a világegyetem folyamatok játszódnak le, amelyek megakadályozzák a növekedés az entrópia, azaz a negatív entrópiával. Azonban Boltzmann következtetésre jutott, hogy a világegyetem uralja a termodinamikai egyensúlyban, annál is inkább ellentétes a növekvő csillagászat kísérleti anyag. Az anyagnak soha nem vesztett képessége van arra, hogy az energiát koncentráljon, és a mozgás bizonyos formáit másra fordítsa. Például a folyamat kialakulásának csillag szétszórva számít hogy bizonyos törvényeket, és nem lehet csökkenteni kizárólag véletlenszerű ingadozásokat az energia elosztására az univerzumban.
